H型鋼及薄壁型鋼矯直技術(shù)
H型鋼作為一種經(jīng)濟斷面型鋼,具有重量輕、承載能力大、外形美觀、易于鉚接、節(jié)約工時、降低造價等優(yōu)點,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)與民用鋼結(jié)構(gòu)中,具有非常廣闊的應(yīng)用前景。 由于H型鋼的斷面結(jié)構(gòu)相對其它形式型鋼存在著腰高腿薄等特點,加之在國內(nèi)的生產(chǎn)剛剛起步,對其生產(chǎn)過程技術(shù)的基礎(chǔ)研究還缺乏深入的工作。萊鋼H型鋼矯直在投產(chǎn)初期沿用日本提供的工藝規(guī)范,但因?qū)碚摍C理缺乏系統(tǒng)了解,致使工藝和規(guī)格調(diào)整困難,矯后產(chǎn)品存在較大的幾何缺陷。后改用起大變形的矯正工藝,使工藝調(diào)整方便,但軋件矯后的在腿腹交界處出現(xiàn)氧化皮脫落和微觀裂紋等缺陷,嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量和外觀形象,成為當(dāng)前亟待解決的實際問題。本項目通過理論計算分析、計算機模擬仿真和測試、試驗研究等手段,首次對H型鋼的結(jié)構(gòu)特點和矯直過程進行了深入的研究,全面掌握了H型鋼的矯直性能及合理矯正工藝確定原則。本項目工作主要內(nèi)容及取得的成果主要有: 通過現(xiàn)場實測,掌握了典型H型鋼矯直前后幾何狀態(tài),為理論研究和合理工藝確定提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù);典型H型鋼矯直前的彎曲數(shù)學(xué)模型基本可確定為正弦曲線與多項式的疊加,而且局部彎曲最大出現(xiàn)在兩端。經(jīng)過分析計算,原始撓度值在輥距范圍內(nèi)變化不大,即確定反彎撓度時可根據(jù)彎矩分布而不必考慮原始撓度的影響。 通過對典型H型鋼矯直前后組織、性能的研究,確定了原有矯正缺陷的特征和形成原因;確定了以改變大變形矯正工藝的問題所在。矯直對工件的機械性能和金相組織影響不大,但個別輥過大的反彎及不同規(guī)格間近似的壓下量明顯造成產(chǎn)品表面缺陷,甚至斷面上的過分超出屈服極限直至整個斷面的全塑性變形。 H型鋼矯正過程的彈塑性理論及合理矯直工藝的研究。從理論上全面掌握了H型鋼的結(jié)構(gòu)特點和矯直性能,結(jié)合彈塑性理論和傳統(tǒng)矯直理論分析了H型鋼矯正過程。建立了合理的H型鋼矯正工藝的確定原則,并給出了典型規(guī)格H型鋼的矯正工藝參數(shù)及計算程序。 通過典型H型鋼矯直過程的數(shù)值模擬,進一步驗證了原有矯正缺陷的形成原因及本工藝?yán)碚摰恼_性。 分析了當(dāng)前及歷史壓下量的利弊,破譯了日本設(shè)備引進時的隨機調(diào)整參數(shù)的理論基礎(chǔ)。結(jié)合理論分析給出了更為科學(xué)的壓下調(diào)整方案,試驗證明了其科學(xué)實用性。為小變形矯直工藝的完善打下基礎(chǔ)。 本項成果在H型鋼矯正的性能研究,H型鋼矯正過程的彈塑性理論、H型鋼矯正過程的三維有限元仿真及H型鋼小變形矯正工藝設(shè)計原則等方面均取得不同程度的創(chuàng)造性成果,充實了矯正基礎(chǔ)理論和矯正工藝設(shè)計思想,在國內(nèi)外未見同類成果。
北京科技大學(xué)
2021-04-11