CN86106315A - 波纹腹板h型钢梁的热轧工艺 - Google Patents

Abstract

波纹腹板H型钢梁是一种新型经济断面型材。本发明涉及到波纹腹板H型钢梁的热轧工艺及产品，其主要特征为将热轧直腹H型钢梁的万能精轧机座的水平辊换成了具有特定辊型曲线的成型辊，来料为直腹H型的热轧坯经过该机座后，在适当的压下制度下，一次成型为沿整个腹板横向具有周期波纹的H型钢——-波纹腹板H型钢。由于横向波纹大大地增加了腹板的抗弯刚度，从而使其压屈强度提高1～2倍。与直腹H型钢相比，本产品可节约金属10～15％。

Description

H型钢梁的腹板主要起传递剪应力作用，为了充分利用腹板材料以节约金属，希望腹板越薄越好。然而，腹板内压应力分量的存在极大地限制了腹板的薄壁化，这是因为直腹板的抗弯刚度很小，在外载荷的作用下，虽然应力还没达到屈服应力σ_s，但当腹板平面内的压应力分量超过某个临界值σ_or（σ_cr＜σ_s）时，腹板就会出现大的侧向位移而发生局部失稳，并很快导致梁的整体破坏。

用波纹腹板取代直腹板能有效地提高腹板的压屈强度。目前，世界上有些国家采用冷成形法在高频焊接线上生产出了腹板中部具有波纹的H型钢（如日本专利56033129），然而，由于焊接线本身复杂，基建投资大，特别是目前世界上H型钢梁的总产量只有10%左右采用焊接法生产，其余全部由热轧生产，故该种生产方法仅限于小批量生产，远不能满足需求。此外，仅在腹板中部加工波纹，腹板没能获得最大的压屈强度。

本发明的目的是提供能够大批量生产优质波纹腹板H型钢梁的方法，从而克服上述生产方法中所存在的不足之处。

采用生产普通直腹H型钢梁热连轧机组及热轧工艺生产波纹腹板H型钢是本发明的主要特点之一，从而为大批量生产波纹腹板H型钢创造了有利条件。为了轧出沿整个腹板横向具有周期波纹的H型钢梁，把连轧机组的最后一架精轧机座的水平辊换成了成型辊。成型辊的外形类似于圆柱直齿轮，在外圆柱表面上沿辊身方向有若干个齿。工作时，齿顶将腹板压入齿根中，并在每一瞬时，齿顶和齿根间都存在有一个最小距离且始终保持不变，该距离就是波纹腹板的厚度，因此，波纹腹板的波形与齿形相同且厚度均匀。此外，为了使腹板厚度均匀，还必须保持齿顶和齿根在工作时完全对正，故装设了能使上下成型辊的辊型对正和调整的万向接轴。立辊的作用是给翼缘较小的压下量，使翼缘表面光滑，从而消除由于腹板变形所导致的翼缘表面微量的金属堆积和拉薄现象。轧件经粗轧和轧边以后，腹板仍是平直的，只经最后的精轧道次一次轧成为波纹腹板H型钢梁，为了防止出现较大的残余应力，腹板的压下率也不宜太大;而当压下率太小时，产品表面不光洁、质量差，影响产品的使用性能。合理的工艺参数为：腹板压下率ε_腹＝5～10%，翼缘压下率ε_翼＝ε_腹+1～5%，轧制温度T＝900～1200℃。

成型辊设计是本发明的另一主要特点。热轧全波纹腹板H型钢时，为使腹板根部的变形趋于均匀，要适当增大齿顶侧面倒角γ₁;为防止出现较大的应力集中，齿根侧面也要有一个倒角γ₂，具体取值范围为：γ₁＝（1.5～2.5）f，γ₂＝（0.5～1.2）f，f是波纹高度。

辊型曲线是影响热轧波纹腹板H型钢梁质量的决定因素，也直接关系到本工艺的成败。辊型曲线必须保证成型辊与腹板不发生干涉、成型过程稳定、腹板表面光洁和厚度均匀。否则，就会出现产品质量差甚至两轧辊卡住的现象，造成设备损坏。本发明所提供的辊型曲线完全满足上述要求。辊型曲线方程为

X_o＝X（t）+ (C)/2 K_x

y_o＝y（t）- (C)/2 K_y

β= sin^-1(2(x₁cosφ+y₁sinφ))/(α) + φ

式中

φ=t_g-1[ (y₁′(t))/(x₁′(t)) ]

$K_x=\frac{\mathrm{y\; \prime (\; t\; )}}{\sqrt{{\mathrm{［x\prime (\; t\; )\; ］}}^2{\mathrm{+［y\prime (\; t\; )］}}^2}}$

$K_y=\frac{\mathrm{x\; \prime (\; t\; )}}{\sqrt{{\mathrm{［x\prime (\; t\; )\; ］}}^2{\mathrm{+［y\prime (\; t\; )］}}^2}}$

X（t）＝X₁（t）cos2β+y₁（t）sin2β+asinβ

y（t）＝-X₁（t）sin2β+y₁（t）cos2β+acosβ

是齿根曲线关于o₁x₁y₁

座标系的已知参数方程，t是参变量，C是腹板厚度，a是两成型辊的中心距。采用计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）工艺，可使成型辊的加工达到非常高的精度。

本发明附图说明

图1是本发明所采用的成型机座的工作状态示意图。

图2是外载荷与腹板侧向位移的关系曲线。

图3是用焊接法生产的腹板中部具有波纹的H型钢梁。

图4是本发明所轧出的全波纹腹板H型钢梁。

图5是波纹腹板的纵断面形状。

图6是本发明所用成型辊辊环。

图7是辊型曲线方程所用座标系。

参看附图1、4和6，结合下面的实施例，可更好地理解本发明。

实施例是在三机架H型钢连轧机组上进行的。第一架是粗轧机座，第二架是轧边机座，第三架是精轧机座。为了轧制波纹腹板H型钢梁，将第三架精轧机座的水平辊换成了成型辊〔1〕，且上水平辊由周期对准式万向接轴传动，立辊〔2〕保持不变。成型辊〔1〕的齿顶圆直径为278mm，齿根圆直径为264mm，辊身长度为71mm，齿顶和齿根侧面倒角分别为γ₁＝7mm，γ₂＝2mm，轧制温度为1050℃。直腹H型热轧坯出加热炉后首先进入粗轧机座，然后进行轧边，最后进入精轧机座，一次轧成为波纹腹板H型钢。在精轧道次，腹板〔3〕的压下率ε_腹＝7%，翼缘〔4〕的压下率ε_翼＝10%。产品尺寸为：翼缘宽度B＝60mm，厚度d＝45mm，腹板高度h＝71mm，厚度C＝3mm，波纹高度f＝3.5mm，波纹长度l＝18mm。所轧制的产品表面光洁、厚度均匀，对腹板根部所做的探伤试验表明，该部分无裂纹产生。

与现有技术相比，本发明能够实现大批量生产波纹腹板H型钢，其产品具有重量轻、力学性能优良的特点，可节约金属10～15%，经济效益显著。

Claims (6)

1、波纹腹板H型钢梁的热轧工艺，采用生产普通直腹H型钢梁的连轧机组，其特征在于将连轧机组的最后一架精轧机座的水平辊换成了具有特定辊型曲线的成型辊，并相应地增设了能使上下成型辊的辊型对正和调整的万向接轴，在规定的热轧温度及适当的压下制度下，将来料为直腹H型的热轧坯一次轧成为波纹腹板H型钢。

2、根据权利要求1中所述的波纹腹板H型钢梁的热轧工艺，其特征在于成型辊的辊型曲线方程为

X_o＝X（t）+ (C)/2 K_x

y_o＝y（t）- (C)/2 K_y

β= sin^-1(2(x1cosφ+y₁sinφ))/(α) + φ

式中

φ=t_g-1[ (y₁′(t))/(x₁′(t)) ]

$K_x=\frac{\mathrm{y\; \prime (\; t\; )}}{\sqrt{{\mathrm{［x\prime (\; t\; )\; ］}}^2{\mathrm{+［y\prime (\; t\; )］}}^2}}$

$K_y=\frac{\mathrm{x\; \prime (\; t\; )}}{\sqrt{{\mathrm{［x\prime (\; t\; )\; ］}}^2{\mathrm{+［y\prime (\; t\; )］}}^2}}$

X（t）＝X₁（t）cos2β+y₁（t）sin2β+asinβ

y（t）＝-X₁（t）sin2β+y₁（t）cos2β+acosβ

是齿根曲线的已知参数

方程，C是腹板厚度，a是两成型辊的中心距。

3、根据权利要求1、2中所述的波纹腹板H型钢梁的热轧工艺，其特征在于成型辊的齿顶和齿根的侧面倒角分别为：γ₁＝（1.5～2.5）f，γ₂＝（0.5～1.2）f，这里f是波纹高度。

4、根据权利要求1中所述的波纹腹板H型钢梁的热轧工艺，其特征在于轧制温度为900～1200℃。

5、根据权利要求1中所述的波纹腹板H型钢梁的热轧工艺，其特征在于腹板和翼缘的压下率分别为：ε_腹＝5～10%，ε_翼＝ε_腹+1～5%。

6、根据权利要求1中所述的波纹腹板H型钢梁，其特征在于沿整个腹板横向具有周期波纹。

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