基于Deform對(duì)型鋼矯直壓下量的研究

王若然，劉義，劉俊

(北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110141)

摘要：運(yùn)用Deform軟件對(duì)型鋼矯直機(jī)的壓下量進(jìn)行分析，模擬了1800 mm大型型鋼矯直機(jī)在矯直過程中其壓下量對(duì)矯直質(zhì)量的影響，大壓下量矯直時(shí)型鋼頭部變形彎曲幅度較大；小壓下量的矯直不能對(duì)型鋼進(jìn)行有效矯直。因此，對(duì)壓下量進(jìn)行了優(yōu)化：入口矯直輥的壓下量按大壓下量方案中的數(shù)值來確定，出口矯直輥的壓下量按小壓下量方案的數(shù)值來確定，達(dá)到較好的矯直效果。

關(guān)鍵詞：型鋼；矯直機(jī) ；壓下量

中圖分類號(hào)：TG333.23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2015-01-30；修訂日期：2015-03-19

作者簡(jiǎn)介：王若然(1979-)，男，碩士研究生，北方重工集團(tuán)有限公司工程師。

Straightening reduction analysis of section steel based on Deform

WANG Ruo-ran，LIU Yi，LIU Jun

(Northern Heavy Industries Group Co., Ltd., Shenyang 110141,China)

Abstract：This paper analyzes bending of section steel straightening machine using Deform software, simulates the reduction impact of the 1 800 mm large steel straightening machine on the straightening quality during straightening. The steel head is heavier deformed and bent when straightening with a large reduction, but there isn’t effectively straightening with a small reduction. Therefore, the reduction is optimized in the straightening program, the reduction of the entrance straightening rollers is determined by the large reduction, the reduction of the exit straightening rollers is determined by the small reduction. The optimization result has favorable straightening effect.

Keywords：profile steel；straightener；reduction

0前言

型鋼作為一種生產(chǎn)使用高效的經(jīng)濟(jì)材料，因?yàn)槠渚哂薪孛媪W(xué)性能好、截面的幾何形狀分布合理、生產(chǎn)的產(chǎn)品造型美觀、品種規(guī)格較多、使用非常方便、產(chǎn)品質(zhì)量好以及生產(chǎn)率較高[1]等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于造船和港口建設(shè)、地下支護(hù)工程、橋梁建設(shè)、高層建筑、工業(yè)建筑、工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)件、地下鐵路礦山巷道建設(shè)等行業(yè)中，成為生產(chǎn)建設(shè)中大力推廣使用的新型環(huán)保節(jié)能綠色材料。型鋼的彎曲作用與矯直作用是兩個(gè)完全相反的工藝過程，但是其變形機(jī)理卻是殊途同歸。型鋼矯直主要是用于對(duì)型材因在生產(chǎn)軋制環(huán)節(jié)、工藝?yán)鋮s環(huán)節(jié)以及運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的翼緣外擴(kuò)、內(nèi)并和扭轉(zhuǎn)以及對(duì)非對(duì)稱斷面產(chǎn)生的鐮刀彎進(jìn)行矯直等[2]，型鋼矯直能夠使型鋼在長(zhǎng)度方向上平直，可以大幅度提高產(chǎn)品的質(zhì)量，改善產(chǎn)品在生產(chǎn)、工藝過程和流通各個(gè)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的各種形狀缺陷[3]，矯直過程中給定的壓下量數(shù)值卻是能否得到較理想的產(chǎn)品關(guān)鍵，本文通過運(yùn)用Deform-3D軟件對(duì)型鋼矯直機(jī)的壓下量與型鋼矯直效果間存在的關(guān)系進(jìn)行仿真模擬，根據(jù)不同的壓下量參數(shù)條件下對(duì)型材的矯直效果圖，研究分析壓下量在型鋼矯直過程中對(duì)于矯直效果所起到的影響，從而得出較優(yōu)的矯直產(chǎn)品。

1型鋼大壓下量的矯直

本文選用型鋼中比較典型的H型鋼進(jìn)行模擬，H型的規(guī)格選取為GB706-1988中的40a，型鋼高度為400 mm，寬度為142 mm，腹板厚度為10.5 mm。首先采用大壓下量進(jìn)行矯直，選用的壓下量為-10 mm，以上矯直輥的下表面切線高度與下矯直輥的上表面切線高度相等時(shí)壓下量為0。

在接受矯直的H型鋼的長(zhǎng)度方向上分別選取8點(diǎn)，利用Deform軟件動(dòng)態(tài)分析此大壓下量型鋼矯直過程中選取的各點(diǎn)所發(fā)生的彎曲變形，以及H型鋼通過矯直機(jī)后型鋼發(fā)生的狀態(tài)變化。

圖1中顯示了Deform軟件在分析H型鋼的-10 mm壓下量時(shí)各點(diǎn)的彎曲變形曲線和矯直過程中各點(diǎn)的彎曲變化，同時(shí)仿真了此大壓下量矯直完成時(shí)H型鋼的最終狀態(tài)。

圖1　H型鋼大壓下量矯直 Fig.1　Large bending strengthening of H beam

通過分析H型鋼在矯直機(jī)大壓下量矯直過程中各點(diǎn)受彎變形較大，型鋼頭部受大壓下量變形彎曲幅度較大，因其較大的頭部彎曲對(duì)下一個(gè)矯直輥產(chǎn)生了較大的沖擊，這樣對(duì)矯直機(jī)矯直輥及軸承造成了損傷，不利于矯直機(jī)的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

同時(shí)大壓下量矯直在仿真過程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)過矯直機(jī)的H型鋼頭部翹曲非常嚴(yán)重，非但沒有起到矯直效果，反而增加了型鋼的彎曲程度。

2型鋼小壓下量矯直

在大壓下量矯直機(jī)仿真模擬過程中得出的矯直效果無法滿足實(shí)際生產(chǎn)過程中對(duì)型鋼矯直的要求，減小矯直機(jī)矯直輥的壓下量分析在大壓下量仿真過程中選用的GB706-1988 40a H型鋼矯直后的狀態(tài)。

本次矯直機(jī)矯直輥的小壓下量依據(jù)40a型鋼腹板厚度的1/3來選用，據(jù)此選取矯直機(jī)的開口度為8 mm。Deform重新分析在此種壓下量的情況下，分析H型鋼上選取的各點(diǎn)在矯直過程中所發(fā)生的彎曲變形及通過矯直機(jī)后H型鋼的矯直狀態(tài)。H型鋼上選取的各點(diǎn)的彎曲變化及矯直過后H型鋼的矯直狀態(tài)如圖2所示。

從圖2的小壓下量H型鋼矯直過程仿真及H型鋼矯直后的狀態(tài)來分析此壓下量矯直能否滿足生產(chǎn)實(shí)際對(duì)型鋼矯直的需要。

圖2　H型鋼小壓下量矯直狀態(tài) Fig.2　Little bending strengthening of H beam

首先從H型鋼通過型鋼矯直機(jī)后的狀態(tài)來看，H型鋼在仿真矯直后情況與矯直前并無明顯變化。接著從H型鋼矯直過程中各點(diǎn)發(fā)生的彎曲變化來分析矯直過程中型鋼矯直機(jī)對(duì)H型鋼的矯直效果，從選取各點(diǎn)在矯直過程中產(chǎn)生的曲線曲率變化來看，各點(diǎn)在矯直過程中各矯直輥對(duì)H型鋼的彎曲作用有限，H型鋼未能達(dá)到理想的塑性變形，產(chǎn)生的彈性變形現(xiàn)象，在矯直輥的作用力消失后， H型鋼釋放了彈性勢(shì)能形成了彈性恢復(fù)。

從矯直過程中矯直輥對(duì)H型鋼各點(diǎn)的彎曲曲線及H型鋼通過型鋼矯直機(jī)后的狀態(tài)得出的分析結(jié)果認(rèn)為小壓下量的矯直效果無法實(shí)現(xiàn)對(duì)型鋼的有效矯直，達(dá)不到實(shí)際生產(chǎn)對(duì)型鋼矯直的要求。

3特定型鋼矯直的壓下量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)

通過對(duì)特定規(guī)格的型鋼矯直分別采用大壓下量和小壓下量?jī)煞N情況進(jìn)行了仿真分析，總結(jié)兩種情況下仿真過程中發(fā)現(xiàn)的問題，以這些問題為基礎(chǔ)對(duì)此規(guī)格的H型鋼矯直的壓下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期達(dá)到理想的矯直效果。

依據(jù)矯直原理分析[4-6]，型鋼全長(zhǎng)的原始彎曲并不均勻，綜合大、小兩種壓下量的矯直分析，為了達(dá)到比較理想的矯直效果對(duì)矯直壓下量采用線性遞減的原則來確定。入口矯直輥的壓下量按大壓下量方案中的數(shù)值來確定，出口矯直輥的壓下量按小壓下量方案的數(shù)值來確定，這樣即保證了H型鋼進(jìn)行型鋼矯直機(jī)后矯直輥對(duì)H型鋼的彎曲變形達(dá)到了塑性變形量要求，又同時(shí)保證了H型鋼在矯直機(jī)出口時(shí)避免因較大的壓下量而產(chǎn)生過大的翹曲變形，從而使受矯直的H型鋼同時(shí)滿足了塑性彎曲矯直而又不會(huì)產(chǎn)生較大的出口變形兩種條件，達(dá)到較好的矯直效果[7-10]，如圖3所示，經(jīng)過優(yōu)化后的矯直輥壓下量在矯直H型鋼的矯直仿真過程中產(chǎn)生的各點(diǎn)曲線變化，及H型鋼通過矯直機(jī)矯直后其最終的效果。

H型鋼在通過壓下量數(shù)值優(yōu)化后的型鋼矯直機(jī)后從仿真矯直的圖表中發(fā)現(xiàn)H型鋼上選取的各點(diǎn)的彎曲曲線在前段曲率變化顯著，后半段曲率變化趨于平緩，在出口處H型鋼頭部的約1/2節(jié)距處有些翹曲，原因是H型鋼的兩端部位因得不到有效的塑性變形而產(chǎn)生，屬于輥式矯直的固有特性。

表1為在H型鋼矯直仿真過程中所采用的壓下量數(shù)值，以及綜合分析后給出的優(yōu)化數(shù)值。

圖3　壓下量?jī)?yōu)化后的H型鋼矯直 Fig.3　H beam strengthening of optimized reduction

矯直輥上輥下輥12341～5大壓下量/mm-10-10-1010-小壓下量/mm8888-優(yōu)化數(shù)值/mm-5-136-

4結(jié)論

(1)根據(jù)對(duì)型鋼矯直機(jī)的矯直方案及矯直輥壓下進(jìn)行了模擬仿真分析，模擬結(jié)果顯示矯直輥在壓下量較小時(shí)其產(chǎn)生的應(yīng)力若未超過材料本身的屈服強(qiáng)度，被矯直材料僅僅產(chǎn)生彈性變形，無法達(dá)到矯直效果。

(2)當(dāng)壓下量增加到型鋼腹板的最外層頂點(diǎn)應(yīng)力超過材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，被矯直材料開始出現(xiàn)塑性變形，并隨著壓下量的增加塑性變形的區(qū)域增大，當(dāng)壓下量過大時(shí)，型材的斷面形狀會(huì)產(chǎn)生變形且腹板會(huì)出現(xiàn)壓凹的情形，因此針對(duì)特定型材矯直過程中壓下量應(yīng)在10 mm以下的合理區(qū)間。

(3)型鋼矯直過程中理想矯直效果的壓下量為入口較大使型材產(chǎn)生大彎曲變形，漸近出口壓下量逐漸減小以得到較平直的型材。

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