h型钢异型坯孔型及工艺宽展的计算

h型钢异型坯孔型及工艺宽展的计算

1立轧孔型的特点所谓的分段法是用断裂的楔形尖在板拱上切割板拱的端部，然后通过后续立辊将切割段的边缘均匀地切开，形成宽h钢定制块的原型。这种方法有时候也被叫做板坯切分法或者犬骨式轧法,是一种高效率形成H型钢腿部的方法,与H型钢传统开坯方法相比,具有收得率高、能耗少等优点;与连铸法生产H型钢异型坯相比,这种方法可以减少设备投资并且可以由一种连铸板坯轧制出多种规格的异型坯。孔型系统由四个孔型即三个不同的立轧孔型(Kal-1～Kal-3)和一个异型孔(Kal-4)组成(如图1),这四个孔型按其功能依次被称为定位孔、切分孔、平轧孔、异型孔。其中定位孔是保证孔型对称,以确保切分后腿部形状对称,易于导入劈分孔型并且保证腿部质量;切分孔是将板坯端部充分劈分开,以获得一定的异型坯腿高;平轧孔是将腿部的楔型沟轧平,并进一步拓宽腿部;异型孔是异型坯的成型孔,在这个孔型中主要完成异型坯腰部减薄和腿部成型。从连铸板坯到H型钢异型坯的轧制分成4段:(1)加热后连铸坯翻转90°,用孔型宽度与板坯厚度几乎相等并带有尖锐的深楔子(楔角为50°～80°)的定位孔(Kal-1)在板坯侧面中央切一楔形沟,为在劈分孔中的轧制作好准备;(2)在劈分孔(Kal-2)中,靠楔形沟将轧件导入孔型后,进行小压下量多道次立轧,切入的深度至产品规格要求的相应值,逐渐形成异型坯的腿部;(3)再用平轧孔(Kal-3孔)将腿部楔沟轧平,同时压缩腰高以满足异型孔所要求异型坯的尺寸;(4)先将坯料翻转90°,在异型孔(Kal-4孔)中轧制两个道次后再翻钢90°并移钢至平轧孔(Kal-3)中轧平腿部。在这两个孔型中如此反复轧制直到异型坯尺寸和形状均符合要求。这四个孔型并没有按照轧制次序在轧辊上排列,因为在三个立轧孔型中轧制时变形主要发生在腿部局部区域,轧制压力较小,而在异型孔中轧制时,在坯料的整个断面上腿部和腰部均发生变形,轧制压力较大。为了使辊颈轴承受力基本均衡以免轴承寿命降低,所以把异型孔排列在平轧孔之前。2板坯加工出的宽展系数由于孔型形状比较特别,没有板坯变形规律精确的孔型模型,而且在不同孔型不同道次的变形规律也差别很大,所以劈分法轧制的变形机理比较复杂。在定位孔中咬入时,楔体只有顶端与轧件接触,并且开轧时轧件表面有氧化铁皮,咬入条件不够好,因此压下量不宜太大。在轧制过程中板坯端部发生严重的不均匀变形,变形区长度和轧件平均宽度之比很小,变形在还没有渗透到轧件中心之前就停止了。这时,在变形区内存在一个刚性区,板坯中间层金属阻碍表层金属延伸,因而使表层金属产生限制宽展,并产生附加压应力,使变形阻力升高,从而在轧件侧面上出现双鼓形。由于坯料端部在孔型中产生负宽展,而腰部宽度基本不变,所以坯料纵向的延伸率不同,纵向产生附加拉应力。在劈分孔中进一步劈分轧件腿部时,楔体端部压下量较小,切分楔处压下量较大,且金属受切分楔的作用,指向宽展方向的水平力较大,更加促进了宽展变形。在这个孔型中腿部是自由宽展,目的是使腿部发生尽可能大的宽展。在平轧孔中轧制时,孔型中发生限制宽展以控制腿部的高度尺寸并且使腿部形状基本成形。在前三个立轧孔型中轧制完成以后,坯料由板坯变成H型钢异型坯的雏形(如图2)。然后在异型孔中完成腰部的减薄和腿部的充分成型,实现大断面异型坯到小断面异型坯纵向延伸过程(如图3)。这就是用板坯劈分法轧制H型钢异型坯的基本原理。在本系统的孔型中,由于孔型形状相差很大,每一个孔型都有完全不同的宽展模型。并且由于在腿部成型过程中严重的不均匀变形,计算宽展系数的传统模型已不能适用,所以从实际情况出发把腿部宽展和腹板宽展分开来考虑。在定位孔中轧制时,孔型宽度与坯料宽度基本相等,所以劈分楔切入以后,腿部端面金属受到孔型侧壁和楔体金属的挤压,在宽度方向产生负宽展,并且在高度方向高度增大。此时腿部宽展系数的大小与孔型侧壁斜度和压下系数有关。腹板只在局部受到楔体顶端的压力,所以宽展很小。在编程时可以近似认为没有宽展。在劈分孔中轧制时,第一个道次和以后道次的宽展系数计算方法有很大不同。第一个道次腿部宽展是由于劈分孔型的楔角大于定位孔型的楔角而产生的,而以后道次的宽展是由于压下使金属产生横向流动产生的。所以第一个道次的腿部宽展系数和两个孔型的楔体形状和压下系数有关,而腹板的宽展同样很小。在编程时可以近似认为没有宽展。以后道次腿部宽展是由于劈分楔的进一步切入而产生的,即与压下系数有关。如图3、图4所示,假设在劈分孔中第一道次金属没有延伸并且把劈分楔圆弧简化为直线,那么轧件由定位孔进入劈分孔的第一个道次的腿部宽展量Δb1可由下式求得Δb1=[(tgθ2−tgψ2)h1+(Δh+h2cosθ)×Δb1=[(tgθ2-tgψ2)h1+(Δh+h2cosθ)×tgθ−h2tgθ]2tgθ-h2tgθ]2(1)θ=ϕ1+ϕ22θ=ϕ1+ϕ22(2)式中θ——劈分楔简化后的楔角φ——定位孔楔角Δh——压下量h1、h2——定位孔和劈分孔的楔高劈分孔中第一道次以后的轧件腿部宽展量Δb可由下式求得Δb=[(Δh+h2cosθ)tgθ−h2tgθ]2Δb=[(Δh+h2cosθ)tgθ-h2tgθ]2(3)当轧件从劈分孔进入平轧孔的第一个道次时,由于孔型形状差别很大,使得两个腿部夹角进一步加大直到180°,由此而产生腿部宽展。在这个孔型中,第一个道次的宽展系数与劈分孔的楔体形状和平轧孔的形状以及压下系数有关,公式如下Δb=[1/sinθ/2)−1]b0Δb=[1/sinθ/2)-1]b0(4)以后道次的宽展系数符合普通孔型中轧制时的宽展规律。在推导公式(1)～(4)过程中,发现在前几个道次中,轧件发生严重不均匀变形,摩擦系数、轧件宽度以及前滑等因素对异型坯绝对宽展的影响远不如孔型形状及压下量对异型坯绝对宽展的影响大,所以对轧制过程中影响宽展的因素进行了简化,从而使异型坯的宽展计算更简单有效。平轧孔中的轧件腿部宽展和异型孔中腰部宽展均可采用В.П.巴赫契诺夫公式(公式(5))计算。巴赫契诺夫公式考虑了摩擦系数、相对压下量、变形区长度及轧辊形状对宽展的影响,在公式推导过程中,考虑了轧件宽度及前滑的影响。用此公式计算平辊轧制和箱形孔型中的自由宽展可以得到与实际相接近的结果。公式如下Δb=1.15Δh2H(RΔh−−−−√−Δh2f)Δb=1.15Δh2Η(RΔh-Δh2f)(5)式中Δh——压下量R——轧辊工作半径f——摩擦系数沿孔型宽度方向辊径不同,所以线速度不同。但是轧件本身是一个整体,只能以相同的速度出孔型,这就造成了线速度低于出孔速度的部分必然要有一部分金属从高度方向转移到纵向以补充纵向流量的不足。而线速度高于出孔速度的部分则相反有一部分金属从纵向转移到高度方向。由于线速度差所引起轧件宽度的变化与压下所引起的宽度变化相比比较小,所以在尺寸要求不是很精确的情况下,可以不考虑速度差对宽展的影响。3实际生产h型钢文件的翼缘宽度在作者开发的劈分法轧制H型钢异型坯的智能CARD软件中,编写程序对轧制过程进行了计算,用750×230的板坯轧制19个道次生产H型钢异型坯时的翼缘宽展计算结果和现场数据如表1所示,由表1比较可得,利用本文的宽展公式计算得到的翼缘宽度与原鞍山第一轧钢厂从