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大型等邊250×18角鋼的孔型設(shè)計(jì)

2014-02-25 21:16:36劉慧陳林王慧軍

劉慧 陳林 王慧軍

摘要:以彈塑性變形理論為基礎(chǔ),基于DEFORM-3D有限元軟件,驗(yàn)證孔型設(shè)計(jì)的可行性、實(shí)用性達(dá)到優(yōu)化孔型設(shè)計(jì)的目的。250×18號角鋼為等邊角鋼即兩腿的寬度或腿長相等均為250mm、腿厚為18mm的大型角鋼??仔蛙堉剖墙卿撋a(chǎn)的主流方法,因此,設(shè)計(jì)出合理的孔型是軋制合格角鋼的第一步也是最關(guān)鍵的一步,由于國內(nèi)目前生產(chǎn)此類大型角鋼的經(jīng)驗(yàn)缺乏,所以設(shè)計(jì)出一套合理的孔型是有難度的,本文主要是通過理論計(jì)算方法設(shè)計(jì)出孔型尺寸,在將孔型生成三維立體圖形導(dǎo)入有限元軟件DEFORM-3D中模擬軋制,分析模擬結(jié)果優(yōu)化孔型參數(shù),設(shè)計(jì)出合理的25﹟鋼的孔型。

關(guān)鍵詞:大型角鋼 孔型設(shè)計(jì) 蝶式孔型

0 引言

目前,在我國各大鋼廠通過合金化提高材料的力學(xué)性能已不是生產(chǎn)技術(shù)的難點(diǎn)了,而軋制出腿長為200mm以上的大號角鋼是生產(chǎn)是難點(diǎn),孔型軋制是型鋼生產(chǎn)的通用方法,能否設(shè)計(jì)出合理的孔型是軋制出合格角鋼的關(guān)鍵。在生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)不足的情況下,又快又準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)出可行性高又合理的軋制新孔型,通過有限元模擬輔助設(shè)計(jì)是最快最經(jīng)濟(jì)的方法。

對于熱軋角鋼來說合理的孔型設(shè)計(jì)是能否軋制出合格角鋼的第一步。本文就是結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際利用有限元模擬輔助設(shè)計(jì)一套250×18等邊角鋼的孔型,利用現(xiàn)代有限元模擬技術(shù)輔助孔型設(shè)計(jì)可以提高孔型設(shè)計(jì)的合理性、降低設(shè)計(jì)成本、縮短設(shè)計(jì)周期,有限元模擬廣泛的用于軋制、擠壓、拉拔、鍛造等壓力變形加工中,經(jīng)實(shí)踐證明模擬結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)基本吻合。

對于新開發(fā)設(shè)計(jì)的250×18大型等邊角鋼的孔設(shè)計(jì),在缺少生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)資料的情況下,理論設(shè)計(jì)出各道次孔型經(jīng)有限元模擬軟件DEFORM-3D模擬試軋優(yōu)化孔型設(shè)計(jì)參數(shù),可以提高孔型設(shè)計(jì)的實(shí)用性。

1 熱軋25#角鋼的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

熱軋角鋼產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)符合GB/T706-2008《熱軋型鋼》產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。尺寸、外形要求執(zhí)行中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T706-2008《熱軋型鋼》產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

2 25#角鋼腿厚壓下量設(shè)計(jì)

軋制25#角鋼所用的坯料截面尺寸為280mm×380mm,設(shè)計(jì)總軋制道次為13道次,各道次腿厚壓下量分配如下(逆軋制方向依次為△h1~△h13):

△d1=1.5mm、△d2=2mm、△d3=3mm、△d4=7mm、△d5=5mm、△d6=15.5mm、△d7=25mm、△d8=95mm、△d9=30mm、△d10=43mm、△d10=70mm、△d10=70mm、△d10=70mm。

3 成品孔的設(shè)計(jì)

25#角鋼成品孔采用口式孔型設(shè)計(jì),命名為K1孔。通過計(jì)算

①腿長:253.25mm;②腿厚:18mm;③腿長裕量:43mm;④上輥槽高度:209.48mm;⑤上輥槽寬度:418.96mm;⑥下輥槽高度:194.36mm;⑦下輥槽寬度:388.78mm;⑧內(nèi)跨圓弧半徑:24mm;⑨其他尺寸。

鎖口t=2mm、輥縫S=10mm、內(nèi)圓弧半徑r=24mm、r1=15mm、r2=10mm、Ф=90°。

4 蝶式孔型的設(shè)計(jì)

4.1 K2孔的設(shè)計(jì)(上開口)假想成品蝶式孔型圖4-1)

①蝶式孔型基本參數(shù)的選擇,根據(jù)角鋼蝶式孔的基本參數(shù)及參考模擬結(jié)果,選擇LH=0.4L0、R=0.68L0。即:LH=100mm R=170mm。②AE=197.23mm。③AC=381.48

mm。④成品孔壓下量△d1=1.5mm。d2=19.5mm。⑤成品孔中心線長度:Lc1=244.25mm。⑥根據(jù)模擬結(jié)果分析成

品孔寬展系數(shù)取β1=3,則K2孔的腿厚中心線長度:Lc2=

239.75mm。⑦K2孔的水平段長度:Lb2=8.4mm。⑧K2孔型寬度:B=398.20mm。⑨K2孔內(nèi)跨圓弧半徑r2:r2=30.52mm。⑩K2其他尺寸的確定。

鎖口t=1mm、輥縫S=10mm、r1=9.75mm、r2=2mm、Ф=90.3°、側(cè)壁斜度y=10%、m=48.75mm。

4.2 K3孔的設(shè)計(jì)(下開口)

①K3孔壓下量△d3=3mm,d3=21.5mm。②經(jīng)模擬結(jié)果分析K3孔的寬展系數(shù)取β3=0.45,則K3孔的腿厚中心線長度為:Lc3=238.4mm。③K3孔水平段長度:Lb3=7.26mm。④K3孔寬長度:B3=396.36mm。⑤K3孔內(nèi)跨圓弧半徑r3,r3=49.66mm。⑥K3孔其他尺寸的確定。

鎖口t=2mm、輥縫S=10mm、r1=5.375mm、r2=2mm、Ф=92.5°、側(cè)壁斜度y=20%、m=53.75mm。

4.3 K4孔的設(shè)計(jì)(上開口)

①K4孔壓下量△d4=7mm,d4=24.5mm。②經(jīng)模擬結(jié)果分析K4孔的寬展系數(shù)取β4=0.3,則K4孔的腿厚中心線長度為:Lc4=236.3mm。③K4孔水平段長度:Lb4=5.49mm。④K4孔寬長度:B4=392.45mm。⑤K4孔內(nèi)跨圓弧半徑r3,r4=77.95mm。⑥K4孔其他尺寸的確定。鎖口t=2mm、輥縫S=10mm、r1=12.25mm、r2=2mm、Ф=95°、側(cè)壁斜度y=20%、m=53.75mm。

4.4 K5孔的設(shè)計(jì)(下開口)

①K5孔壓下量△d5=5mm,d5=24.5+7=31.5mm。②經(jīng)模擬結(jié)果分析K5孔的寬展系數(shù)取β5=0.3,則K5孔的腿厚中心線長度為:Lc5=234.8mm。③K5孔水平段長度:Lb5=4.74mm。④K5孔寬長度:B5=390.96mm。⑤K5孔內(nèi)跨圓弧半徑r5,r5=131.36mm。⑥K5孔其他尺寸的確定。

鎖口t=4mm、輥縫S=20mm、r1=7.87mm、r2=2mm、Ф=98°、側(cè)壁斜度y=20%、m=78.75mm。

4.5 K6孔的設(shè)計(jì)(上開口)

①K6孔壓下量△d6=15.5mm,d6=36.5mm。②經(jīng)模擬結(jié)果分析K6孔的寬展系數(shù)取β6=0.3,則K6孔的腿厚中心線長度為:Lc6=230.15mm。③K6孔水平段長度:Lb6=1.07mm。④K6孔寬長度:B6=383.986mm。⑤K6孔內(nèi)跨圓弧半徑r6,r6=193.87mm。⑥K6孔其他尺寸的確定

鎖口t=4mm、輥縫S=10mm、r1=12.25mm、r2=2mm、Ф=102°、側(cè)壁斜度y=20%、m=78.75mm。

4.6 K7孔的設(shè)計(jì)(下開口)

①K7孔壓下量△d7=25mm,d7=52mm。②經(jīng)模擬結(jié)果分析K7孔的寬展系數(shù)取β7=0.3,則K7孔的腿厚中心線長度為:Lc7=222.65mm。③K7孔水平段長度:Lb7=-5.12mm。④K7孔寬長度:B7=371.6mm。⑤K7孔內(nèi)跨圓弧半徑r7。根據(jù)模擬結(jié)果分析,內(nèi)跨圓弧對孔型的充滿程度及腿長的影響比較敏感,計(jì)算的結(jié)果設(shè)計(jì)經(jīng)模擬充型不理想,所以經(jīng)過模擬試軋確定:r7=210mm比較合理。⑥K7孔其他尺寸的確定

鎖口t=4mm、輥縫S=20mm、r1=10.95mm、r2=2mm、Ф=110°、側(cè)壁斜度y=20%、m=78.75mm。

4.7 K8孔的設(shè)計(jì)(上開口)

①K8孔壓下量△d8=90mm,d8=77mm。②經(jīng)模擬結(jié)果分析K8孔的寬展系數(shù)取β8=0.3,則K8孔的腿厚中心線長度為:Lc8=195.65mm。③K8孔水平段長度:Lb8=-29.52mm。④K8孔寬長度:B8=321.25mm。⑤K8孔內(nèi)跨圓弧半徑r8。根據(jù)模擬結(jié)果分析,內(nèi)跨圓弧對孔型的充滿程度及腿長的影響比較敏感,計(jì)算的結(jié)果設(shè)計(jì)經(jīng)模擬充型不理想,所以經(jīng)過模擬試軋確定:r8=220mm比較合理。⑥K8孔其他尺寸的確定

鎖口t=4mm、輥縫S=20mm、r1=23mm、r2=2mm、Ф=115°、側(cè)壁斜度y=20%、m=78.75mm。

5 切分孔型設(shè)計(jì)(圖5-1)

5.1 K9孔的設(shè)計(jì)

①h9=182mm。②根據(jù)模擬試軋利用公式計(jì)算h′不合理,經(jīng)模擬結(jié)果分析h′=50mm比較合理。③B9=294mm。④切分孔型的其他尺寸

鎖口t=4mm、輥縫S=20mm、r=300mm、r1=5mm、r2=20mm、R=130mm、Ф=120°、側(cè)壁斜度y=92.36%

5.2 K10孔的設(shè)計(jì)

K10孔采用箱型孔設(shè)計(jì),各尺寸經(jīng)分析見圖5-2:

圖5-2 K10孔箱型孔

6 結(jié)束語

本文采用箱型孔和切分孔型成功的將280mm×380mm的大坯料開坯軋制到蝶式孔型所需的中間坯。這樣前兩個孔型不僅增加了孔型的共用性也減小了孔型對軋輥的切深,增加了軋輥的強(qiáng)度。

采用帶有凸底的切分孔型也可增加坯料在蝶式孔型內(nèi)頂角的充型,有利于坯料在蝶式孔型內(nèi)軋制的穩(wěn)定性。對于上述設(shè)計(jì)的孔型系統(tǒng)進(jìn)行了兩次工業(yè)生產(chǎn)試軋,試軋成品各尺寸均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)尺寸。同時通過壓下量的調(diào)整,試軋生產(chǎn)了250×18mm、250×20 mm、250×22 mm三個規(guī)格的產(chǎn)品,其成品尺寸均能滿足要求。這說明該套孔型系統(tǒng),設(shè)計(jì)合理,孔型利用率高。

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作者簡介:

劉慧(1984-),女,包頭人,助教,主要從事材料專業(yè)的研究工作。

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