CN105728515A - 一种热轧u型钢板桩的成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热轧U型钢板桩的成形方法，属于金属塑性加工成型技术领域。该成形方法首先在现有热轧U型钢板桩精轧机组中，舍弃最后一机架K1孔，在距离K2孔出口处，安装本发明提供的锁口成型装置替代最后一机架K1孔，锁口成型装置由一组水平辊和一组斜辊组成，且水平辊辊缝,斜辊位置和倾角均可控制，锁口成型装置水平辊安装在锁口成型装置斜辊前方位置，设置锁口成型装置水平辊的上下轧辊的转速与K2孔上下轧辊的转速一致，锁口成型装置斜辊的转速与K2孔上辊转速相同，然后进行U型钢板桩的热轧。本发明方法能够有效的提高U型钢板桩锁口处成形的精准度，并且提高了U型钢板桩的成材率。

Description

一种热轧U型钢板桩的成形方法

技术领域：

本发明属于金属塑性加工成型技术领域，具体涉及一种热轧U型钢板桩的成形方法。

背景技术：

热轧U型钢板桩工程中的应用越来越广泛，涵盖了包括建筑工程、水利工程、道路交通工程、环境污染控制工程及灾害防治工程在内的整个建筑行业。U型钢板桩可用多临时结构和永久结构，是一种可重复使用的环保材料，具有承载力高、止水性能优越、耐久性强、施工速度快、施工效率高、对环境破坏小、占地少等独特优势。

U型钢板桩作为一种现代基础与地下工程领域的重要金属材料，根据加工工艺的不同，可分为热轧钢板桩与冷弯薄壁钢板桩。冷弯薄壁钢板桩采用较薄的板材，以冷弯成型机组连续滚压成形，其生产成本低、定尺控制灵活，可根据工程实际情况，实现工程设计上的最优化,但只能生产厚度在12mm以下的薄壁钢板桩,且存在钢板厚度单一,截面厚度不合理,锁口不严密,重复使用率不高等问题。热轧钢板桩目前使用较普遍的产品,原料采用连铸坯和工艺采用热连轧工艺，热轧型钢板桩传统上由大型轨梁轧机机组在钢的高温塑性变形区轧制而成，轧制保证了产品截面合理、尺寸规范、综合性能卓越、生产效率高，其工艺设计难点在于形状较特殊、精度要求高、成形难控制的锁口的转制技术，传统异形型钢轧制机理很难指导锁口工艺设计，根据工艺装备的差别，钢板桩轧制工艺有传统轧制与万能机组轧制等类型。

U型钢板桩可大量减少施工取土量和混凝土的使用量，能有效保护土地资源、环保效果显著，可大大节省建设费用。可满足传统水工、土木、道路交通、环境整治等众多工程领域的使用需求。此外，因施工简单高效，较传统施工方法，工期大大缩短，面对洪涝、塌方、泥石流等突发性自然灾害时具有较强的灾害预防控制与救灾抢险功能，此外，U型钢板桩尚有以下特点：

结构外形对称性好，施工方便易控制、重复利用性佳；桩身宽、翼缘厚、锁口联接紧密，具有极佳的静力学特性；板桩墙体外侧部分最厚，整体耐腐蚀寿命长久，且便于拉杆及栓锚配件的安装紧固。基于此，U型钢板桩结构成为了各类涉水基础工程常用的结构型式。

U型钢板桩主要由钢板和锁口两部分组成，U型钢板桩两端的锁口为“钩”型，相邻两块U型钢板桩倒置，通过锁口咬合，形成类似波浪形的连续墙，锁口的形状对U型钢板桩的施工和插打尤为重要。而U型钢板桩尺寸复杂，两侧弯曲锁口形状奇特，属于复杂断面的热弯型材，轧件的变形过程复杂，质量控制难度大，对整个轧制工艺设备要求高，给产品开发和生产控制造成困难。

发明内容：

本发明针对现有热轧U型钢板桩锁口成形存在的技术问题，提供一种热轧U型钢板桩的成形方法。本发明方法中提供的锁口成型装置，可以有效地改进锁口处尺寸的稳定性，提高锁口处形状的灵活性，获得锁口形状更加精准的U型钢板桩，为U型钢板桩的施工和插打奠定了良好的基础。

本发明所提供的一种热轧U型钢板桩的成形方法具体步骤如下：

(1)在现有热轧U型钢板桩精轧机组中，舍弃最后一机架K1孔，在距离K2孔出口处，安装本发明提供的锁口成型装置替代最后一机架K1孔，锁口成型装置由一组水平辊和一组斜辊组成，且水平辊辊缝,斜辊位置和倾角均可控制，见图1所示,锁口成型装置水平辊的垂直中心线到K2孔水平辊的垂直中心线之间的水平距离为L。

步骤(1)中所述距离L根据下面模型设定：

$L=\mathrm{\λ}\·\frac{D}{2}+vt;$ 其中：

L-锁口成型装置水平辊的垂直中心线到K2孔水平辊的垂直中心线之间的水平距离，单位：mm；

D-K2孔上辊的轧辊辊径，单位：mm；

v-轧制速度，单位：mm/s；

t-K2孔轧机主传动系统动态恢复时间，单位：s；

λ-经验系数，取0.8～1.2。

(2)调整锁口成型装置水平辊中心点到锁口成型装置斜辊中心点的水平距离S以及锁口成型装置水平辊轧制线到锁口成型装置斜辊轴线中心点之间的垂直距离H，防止锁口成型装置水平辊与锁口成型装置斜辊相互干扰，保证生产的顺利进行；

步骤(2)中所述水平距离S根据下面模型设定：

$S=k\·\frac{D_1}{d}\·\frac{d+5}{2};$ 其中：

S-锁口成型装置水平辊中心点到锁口成型装置斜辊中心点的水平距离，单位：mm；

D₁-锁口成型装置水平辊的辊径，单位：mm；

d-锁口成型装置斜辊的辊径，单位：mm；

k-修正系数，取0.8～1.2。

步骤(2)中所述垂直距离H根据下面模型设定：

H＝k·(S+d)/2；其中：

H-锁口成型装置水平辊轧制线到锁口成型装置斜辊轴线中心点之间的垂直距离，单位：mm；

S-锁口成型装置水平辊中心点到锁口成型装置斜辊中心点的水平距离，单位：mm；

d-锁口成型装置斜辊的辊径，单位：mm；

k-修正系数，取0.8～1.2。

(3)待锁口成型装置调整安装完毕，根据U型钢板桩成品的锁口尺寸要求调整锁口成型装置斜辊轴中心线与水平线的夹角θ；

步骤(3)中所述锁口成型装置斜辊轴中心线与水平线的夹角根据下面模型设定：

$\mathrm{\θ}=k\·arctan\frac{W_1}{2H_1}$

其中：θ-锁口成型装置斜辊轴中心线与水平线的夹角；单位：rad；

W₁-U型钢板桩的有效宽度，单位：mm；

H₁-U型钢板桩的有效高度，单位：mm；

k-修正系数，取0.8～1.2。

(4)所述锁口成型装置水平辊安装在所述锁口成型装置斜辊前方位置，设置锁口成型装置水平辊的上下轧辊的转速与K2孔上下轧辊的转速一致，设置锁口成型装置斜辊的转速与K2孔上辊转速相同，然后进行U型钢板桩的热轧。

热轧U型钢板桩通过所述锁口成型装置水平辊时，锁口成型装置斜辊开始对U型钢板桩进行热弯，同时所述锁口成型装置水平辊对U型钢板桩也起到固定的作用，防止所述锁口成型装置斜辊在热弯时，U型钢板桩弹起，保证了U型钢板桩的外形结构不受影响。

本发明方法能够有效的提高U型钢板桩锁口处成形的精准度，并且提高了U型钢板桩的成材率，改善了锁口处变形困难，施工过程中难以咬合的问题，同时也提高了U型钢板桩锁口成形的灵活性，也对U型钢板桩起到了一定的矫正作用。

附图说明：

图1为本发明中锁口成型装置在K2孔出口处安放位置示意图；

图2为K2孔轧辊右视图；

图3为图2的A-A向剖面视图；

图4为本发明中锁口成型装置右视结构示意图；

图5为图4的B-B向剖面视图；

图6为本发明中锁口成型装置的正视图。

图中：1：K2孔水平辊；2：锁口成型装置水平辊；3：锁口成型装置斜辊。

具体实施方式：

选用横截面积尺寸为320×420mm，坯料长度为4800mm，采用Q345-bz加工材料，热轧有效宽度为400mm，有效高度为160mm的U型钢板桩。对四块坯料进行标号，采用本发明方法加工宽幅为400mm的U型钢板桩。

通过观察本发明方法成形的U型钢板桩的锁口处形状以及向内弯曲的程度，与成品U型钢板桩所要求的标准进行对比，采用本发明方法对上述四块坯料进行轧制。1,2号样采用传统热轧工艺生产钢板桩,3,4号样样采用本发明方法进行,首先精轧之前的工序与万能机组轧制U型钢板桩的方法都保持一致，然后将精轧过程中的K1孔舍弃，将本发明中的锁口成型装置根据步骤(1)中与K2孔轧辊中心距L的模型公式计算出安装位置,计算可得中心距L＝1400mm，进行安装。安装完毕后，调整锁口成型装置水平辊与斜辊的相对位置，分别利用步骤(2)中的模型公式计算可得，锁口成型装置水平辊中心点与斜辊中心点的水平距离S＝320mm，锁口成型装置水平辊中心点与斜辊中心点的垂直距离H＝288mm，并根据要求的U型钢板桩的尺寸，根据步骤(3)中倾斜角的模型公式计算可得θ＝60°，调整锁口成型装置斜辊的倾斜角度θ为60°，最后调试锁口成型装置的轧辊参数与K2孔轧辊参数一致，即可进行本发明方法的轧制，最终得到的成形结果与成品标准尺寸的对比如表1所示：

表1本发明方法的成形结果与成品标准尺寸对比

以上实验结果表明，采用本发明最终轧制成形的U型钢较传统板桩锁口成形较传统成形的精度有大幅度提高，且向内弯曲的程度可使相连的两块U型钢板桩通过锁口紧密的咬合在一起，验证了本发明方法对U型钢板桩锁口处成形的优越性。

Claims (1)

1.一种热轧U型钢板桩的成形方法，其特征在于该方法具体步骤如下：

(1)在现有热轧U型钢板桩精轧机组中，舍弃最后一机架K1孔，在距离K2孔出口处，安装锁口成型装置替代最后一机架K1孔，所述锁口成型装置由一组水平辊和一组斜辊组成，且所述锁口成型装置水平辊辊缝、锁口成型装置斜辊位置及倾角均可控制，所述锁口成型装置水平辊的垂直中心线到K2孔水平辊的垂直中心线之间的水平距离为L；

步骤(1)中所述距离L根据下面模型设定：

其中：

L-锁口成型装置水平辊的垂直中心线到K2孔水平辊的垂直中心线之间的水平距离，单位：mm；

D-K2孔上辊的轧辊辊径，单位：mm；

v-轧制速度，单位：mm/s；

t-K2孔轧机主传动系统动态恢复时间，单位：s；

λ-经验系数，取0.8～1.2；

(2)调整所述锁口成型装置水平辊中心点到锁口成型装置斜辊中心点的水平距离S以及所述锁口成型装置水平辊轧制线到锁口成型装置斜辊轴线中心点之间的垂直距离H；

步骤(2)中所述水平距离S根据下面模型设定：

其中：

S-锁口成型装置水平辊中心点到锁口成型装置斜辊中心点的水平距离，单位：mm；

D₁-锁口成型装置水平辊的辊径，单位：mm；

d-锁口成型装置斜辊的辊径，单位：mm；

k-修正系数，取0.8～1.2；

步骤(2)中所述垂直距离H根据下面模型设定：

H＝k·(S+d)/2；其中：

H-锁口成型装置水平辊轧制线到锁口成型装置斜辊轴线中心点之间的垂直距离，单位：mm；

S-锁口成型装置水平辊中心点到锁口成型装置斜辊中心点的水平距离，单位：mm；

d-锁口成型装置斜辊的辊径，单位：mm；

k-修正系数，取0.8～1.2；

(3)待所述锁口成型装置调整安装完毕，根据U型钢板桩成品的锁口尺寸要求调整所述锁口成型装置斜辊轴中心线与水平线的夹角θ；

步骤(3)中所述锁口成型装置斜辊轴中心线与水平线的夹角根据下面模型设定：

$\mathrm{\θ}=k\·arctan\frac{W_1}{2H_1}$

其中：θ-锁口成型装置斜辊轴中心线与水平线的夹角；单位：rad；

W₁-U型钢板桩的有效宽度，单位：mm；

H₁-U型钢板桩的有效高度，单位：mm；

k-修正系数，取0.8～1.2；

(4)所述锁口成型装置水平辊安装在所述锁口成型装置斜辊前方位置，设置所述锁口成型装置水平辊的上下轧辊的转速与K2孔上下轧辊的转速一致，设置所述锁口成型装置斜辊的转速与K2孔上辊转速相同，然后进行U型钢板桩的热轧。