J字形冷彎型鋼結構及軋制工藝的製作方法
2023-04-23 01:44:01 1
專利名稱：J字形冷彎型鋼結構及軋制工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種型鋼技術，特別是涉及一種特殊形狀的冷彎型鋼產品的結構及軋制工藝。
背景技術：
冷彎型鋼以其輕型、剛性好的特點，在鋼結構件及各種特殊用途中得到廣泛應用，其截面結構形狀也越來越多，有的甚至很複雜，但其成形工藝基本上都離不開衝壓成形的折彎和輥軋成形的輥彎兩種，現在大部分使用的是輥彎成形工藝，都是根據產品截面形狀和尺寸，設計變形過程、計算料的寬度、設計成形輥軋道次。產品截面形狀決定展開的料寬，變形過程和方法決定成形輥軋道次。在變形過程中常規方法都是圓弧段曲率半徑R從大到小，轉角部分的角度從小到大，並且最終圓弧的半徑R受原料厚度的限制，使得圓弧曲率半徑內R值很難做到很小。特別是要軋制的型鋼產品截面形狀極其特殊，像截面形狀為J字形的型鋼，其兩側邊長度非常不對稱、不但厚度大而截面積又小的型鋼，其厚度與內圓弧曲率半徑之比要求達到80％，遠遠大於常規冷彎型鋼的比例，如果還是使用常規冷彎成形工藝，先成形弧形段，半徑R從無窮大逐步變小，由於厚度與圓弧半徑比值又很大，圓弧兩側的直線段的長度相差很大，有時其中短的一邊只有2mm長，所以在彎圓弧時，軋輥與產品的接觸面很小。短邊一側的摩擦轉力矩遠遠小於長邊一側的，因此，在圓弧段變形時，圓弧的半徑R還未達到設計值時，原料早已翻轉到軋輥孔型之外了，實現不了變形。目前，對上述如此特殊要求的型鋼產品還沒有成熟的軋制工藝，特別是要生產小面積截面、厚度與曲率半徑比值又大的J字形冷彎型鋼，很難保證技術要求和產品質量。
發明內容
為了克服現有技術在軋制特殊形狀型鋼中的不足，本發明的目的是提供一種J字形冷彎型鋼結構及軋制工藝，本發明的技術方案是設計合理的軋輥孔型和制訂合理的輥軋參數，通過軋輥連續逐道次輥彎變形成為J字形截面的型鋼，本發明的技術方案是通過如下的技術手段來具體實現的，一種由一定厚度和寬度的牌號為68*6mm、材質為1cr17不鏽縱剪鋼帶，通過軋輥連續逐道次輥軋變形而成的J字形冷彎型鋼結構，其特徵在於所述的J字形冷彎型鋼的結構是其型綱的厚度δ(6mm)與其截面底部圓弧半徑R(7.5mm)之比等於80％；底部圓弧半徑R兩側的直線段的長度相差很大(16倍)，短邊的長度特別短(2mm)，只為原料厚度的1/3。
一種上述特殊結構的J字形冷彎型鋼的軋制工藝，其過程是將一定厚度的縱剪鋼帶，通過多道軋輥連續逐道次輥彎變形成為J字形截面的型鋼，其特徵是a)輥軋變形過程分為12個道次，第1至第8個道次採用上、下成對的變形平輥和相配合的導向立輥組成的8個架次，其中立輥起到原料及產品在軋制變形過程中能順利進入下一架次軋輥，同時修正不偏離軋制線；輥軋變形過程的第9道次至第12道次的4個道次的精整變形採用四架次三輥式萬能機架，使用三輥式可充分保證大邊尺寸高度±0.1的公差，同時三輥式使用了可相對轉動的分離式軋輥，大大減小由於速度差造成產品表面加工硬化程度的不同和壓延的不同，減小殘餘應力易於矯直；最後的整形、矯直使用兩架次土耳其頭方式矯直機進行校直，使直線度、扭轉度得到控制；b)軋制過程是圓弧的變形過程，圓弧的弧長從短變長，每一道次的軋制上軋輥的圓弧半徑R值與產品最終形狀的R值相等；c)軋制過程中與圓弧兩端相連的直邊的升角從小到大變化著，並且是短邊的升角大於長邊的升角，長邊變形角每一架次平均都要比短邊小，可充分保證圓弧段尺寸和短邊尺寸，平衡兩個邊的摩擦轉力矩，使產品在軋制過程中不翻轉；d)軋制過程中，圓弧圓心在變形過程中移動，產品最終圓弧圓心定為軋制線，圓弧圓心偏離軋制線距離由大變小至0。使短邊預留長度大於產品最終短邊尺寸。在初始架次成形時圓弧圓心偏離圓弧軋制線6～8mm。逐架次減小平均每道次減小1mm，在第九架次與軋制線重合。可保證圓弧完整成形。
軋制過程中，必須控制好變形的每一道次的有關技術參數的範圍，其中(1)α表示長邊的升角；β表示短邊的升角，β必須大於α，具體為α2＝8～12°、β2＝28～32°；α3＝13～17°、β3＝44～46°；α4＝18～22°、β4＝60～64°；α5＝23～27°、β5＝75～79°；α6＝27～31°、β6＝90°；α7＝43～47°、β7＝90°；α8＝58～62°、β8＝90°；α9＝73～77°、β9＝90°；
α10＝83～87°、β10＝90°；α11＝β11＝90°。
(2)S表示圓弧圓心位置偏離軋制線中心的距離，具體為S2＝6～8mm；S3＝5～7mm；S4＝4～6mm；S5＝3～5mm；S6＝2～4mm；S7＝1～3mm；S8＝1mm；S9＝0mm。
(3)R為上輥圓弧半徑，也是產品型鋼的最終尺寸，軋制過程中保持不變。
本發明的積極效果在於按常規冷彎變形工藝加工不了的產品，通過分析欲加工產品的截面形狀的特殊性，設計合理的變形孔型，制訂切實可行的輥軋工藝參數，使用本發明可生產出產品厚度與圓弧曲率半徑之比達到80％，並且圓弧兩邊邊長的不對稱性大於16倍的特殊結構的J字形冷彎型鋼，並有一套保證產品質量的成熟的軋制工藝，為特殊結構型鋼的發展創出了新路，積累了經驗。
圖1、是本發明的實施例J字形冷彎型鋼結構示意圖。
圖2、是本發明的實施例J字形冷彎型鋼第1道次至第3道次變形軋制工藝。
圖3、是本發明的實施例J字形冷彎型鋼第4道次至第6道次變形軋制工藝。
圖4、是本發明的實施例J字形冷彎型鋼第7道次至第10道次變形軋制工藝。
圖5、是本發明的實施例J字形冷彎型鋼第11道次至第14道次軋制工藝。
圖中SG代表上輥；XG代表下輥；PL代表扎制中心線；O代表圓弧圓心；DB代表短邊；CB代表長邊；SG1代表上輥一；SG2代表上輥二；CG代表側輥；KL代表立輥；α代表長邊升角；β代表短邊升角；δ代表型材厚度；R代表型鋼圓弧半徑；AB代表型鋼總高度；K代表軋制道次；S4代表第4道次圓弧圓心O與軋制線PL的距離。
具體實施例方式
下面是本發明的一個實施例，結合附圖1的結構和附圖2至附圖5的軋制工藝圖對本發明作進一步的說明本實施例是一種J字形型鋼，型鋼的結構尺寸是厚度δ為6mm、圓弧半徑R為7.5mm、長邊CB為32mm，短邊DB為2mm、型鋼總高AB為45.5mm，採用規格為68*6、牌號為1cr17不鏽縱剪鋼帶加工製成。具體的軋制過程如下(1)軋制第1架K1為上下平輥與導向立輥K1L配合控制原料，此時尚無變形，包括後面幾道的導向立輥K1L、K2L、K3L、K4L、K5L、K6L都是起到控制產品能順利進入下一架軋輥，同時保證不偏離軋制線PL。
(2)第2架水平輥K2變形，圓弧圓心O位置偏離軋制線PL中心為S2＝7mm，大邊升角α2＝10°、β2＝31°，保證β＞α。上輥SG圓弧半徑R＝7.5mm(產品最終尺寸)(3)第3架水平輥K3變形，圓弧圓心O位置偏離軋制線PL中心為S3＝6mm，大邊升角α3＝15°、β3＝46°。仍保證β＞α、上輥SG圓弧半徑R＝7.5mm(產品最終尺寸)(4)第4架水平輥K4變形，圓弧圓心O位置偏離軋制線PL中心為S4＝5mm，大邊升角α4＝20°、β4＝62°。仍保證β＞α、上輥SG圓弧半徑半徑R＝7.5mm(產品最終尺寸)(5)第5架水平輥K5變形，圓弧圓心O位置偏離軋制線PL中心為S5＝4mm，大邊升角α5＝25°、β5＝75.5°。仍保證β＞α，上輥SG圓弧半徑R＝7.5mm(產品最終尺寸)(6)第6架水平輥K6變形，圓弧圓心O位置偏離軋制線PL中心為S6＝3mm，大邊升角α6＝29°、β6＝90°。仍保證β＞α、上輥SG圓弧半徑R＝7.5mm(產品最終尺寸)(7)第7架水平輥K7變形，圓弧圓心O位置偏離軋制線PL中心為S7＝2mm，大邊升角α7＝45°、β7＝90°。仍保證β＞α，上輥SG圓弧半徑R＝7.5mm(產品最終尺寸)(8)第8架水平輥K8變形，圓弧圓心O位置偏離軋制線PL中心為S8＝1mm，大邊升角α8＝60°、β8＝90°。仍保證β＞α，上輥SG圓弧半徑R＝7.5mm(產品最終尺寸)(9)第9架水平輥K9變形，圓弧圓心O位置偏離軋制線PL中心為S9＝0mm，即，圓弧圓心O位置與軋制線PL重合。大邊升角α9＝75°、β9＝90°。仍保證β＞α，上輥圓弧半徑R＝7.5mm(產品最終尺寸)。從此架開始使用三輥式，其中上輥SG1和上輥SG2為分離式軋輥，可相對轉動。上輥SG1仍起到圓弧變形作用，上輥SG2控制大邊CB高度作用。側輥CG起大邊變形作用。
(10)第10架水平輥K10變形，圓弧圓心O位置與軋制線PL重合。大邊升角α10＝85°、β10＝90°。仍保證β＞α，上輥SG圓弧半徑R＝7.5mm(產品最終尺寸)。仍然使用三輥式，各輥的作用與第9架相同。
(11)第11架水平輥K11變形，圓弧圓心O位置與軋制線PL重合。大邊升角α11＝β11＝90°。上輥SG圓弧半徑R＝7.5mm(產品最終尺寸)。仍然使用三輥式，各輥的作用與第九架相同(12)第12架K12在對變形後的形狀進行精密整形，特別是型鋼全高度尺寸45±0.1公差的保證。
最後，經過第13、14架次通常用的三輥式土耳其頭方式矯直機進行整形、矯直、定型，完成軋制過程。
權利要求
1.一種由縱剪鋼帶通過軋輥連續逐道次輥軋變形而成的J字形冷彎型鋼結構，其特徵在於所述的J字形冷彎型鋼的結構是其型綱的厚度(δ)與其截面底部圓弧半徑(R)之比等於80％；底部圓弧半徑(R)兩側的直線段的長度相差很大，短邊的長度特別短。
2.根據權利要求1所述的J字形冷彎型鋼結構，其特徵在於所述的型鋼厚度(δ)為6mm。
3.根據權利要求1所述的J字形冷彎型鋼結構，其特徵在於所述的型鋼其截面底部圓弧半徑(R)為7.5mm。
4.根據權利要求1所述的J字形冷彎型鋼結構，其特徵在於所述的型鋼底部圓弧半徑(R)兩側直線段的長短邊相差16倍。
5.根據權利要求1所述的J字形冷彎型鋼結構，其特徵在於所述的型鋼短邊的長度特別短為2mm，只為原料厚度的1/3。
6.一種應用於權利要求1所述的J字形冷彎型鋼結構的軋制工藝，其過程是將縱剪鋼帶通過多道軋輥連續逐道次輥彎變形成為J字形截面的型鋼，其特徵在於a)輥軋變形過程分為12個道次，第1至第8個道次採用上、下成對的變形平輥和相配合的導向立輥組成的8個架次，其中立輥起到原料及產品在軋制變形過程中能順利進入下一架次軋輥，同時修正不偏離軋制線；輥軋變形過程的第9道次至第12道次的4個道次的精整變形採用四架次三輥式萬能機架，使用三輥式可充分保證長邊高度尺寸±0.1的公差；最後的整形、矯直使用兩架次土耳其頭方式矯直機進行矯直，使直線度、扭轉度得到控制；b)軋制過程是圓弧的變形過程，圓弧的弧長從短變長，每一道次的軋制上軋輥的圓弧半徑(R)值與產品最終形狀的(R)值相等；c)軋制過程中與圓弧兩端相連的直邊的升角從小到大變化著，並且是短邊的升角(β)大於長邊的升角(α)，長邊升角(α)每一架次平均都要比短邊(β)小，可充分保證圓弧段尺寸和短邊尺寸，平衡兩個邊的摩擦轉力矩，使產品在軋制過程中不翻轉；d)軋制過程中，圓弧圓心在變形過程中移動，產品最終圓弧圓心定為軋制線，圓弧圓心偏離軋制線距離(S)由大變小至0，使短邊預留長度大於產品最終短邊尺寸，在初始架次成形時圓弧圓心偏離圓弧軋制線，以後逐架次減小，在第9架次與軋制線重合，可保證圓弧完整成形。
7.根據權利要求6所述的J字形冷彎型鋼的軋制方法，其特徵在於所述的圓弧兩端相連的長邊升角(α)和短邊升角(β)在變形軋制過程中每一道次中升角變化的範圍是(α2)＝8～12°、(β2)＝28～32°；(α3)＝13～17°、(β3)＝44～46°；(α4)＝18～22°、(β4)＝60～64°；(α5)＝23～27°、(β5)＝75～79°；(α6)＝27～31°、(β6)＝90°；(α7)＝43～47°、(β7)＝90°；(α8)＝58～62°、(β8)＝90°；(α9)＝73～77°、(β9)＝90°；(α10)＝83～87°、(β10)＝90°；(α11)＝(β11)＝90°。
8.根據權利要求6所述的J字形冷彎型鋼的軋制方法，其特徵在於所述的圓弧圓心偏離軋制線的距離(S)逐架次減小的範圍是(S2)＝6～8mm；(S3)＝5～7mm；(S4)＝4～6mm；(S5)＝3～5mm；(S6)＝2～4mm；(S7)＝1～3mm；(S8)＝1mm；(S9)＝0mm。
全文摘要
本發明涉及一種J字形冷彎型鋼結構及軋制工藝，其結構特點是兩邊長度不對稱、其厚度與內圓弧半徑之比達到80％的特殊型鋼結構，使用常規冷彎成形工藝很難加工。本發明的技術方案是通過軋輥連續逐道次輥彎變形的工藝，將輥軋變形過程分為12個道次，採用上、下成對的變形平輥和相配合的導向立輥和三輥式萬能機架、最後使用兩架土耳其頭方式矯直機進行矯直；軋制過程中短邊的升角大於長邊的升角，圓弧圓心偏離軋制線距離由大變小至0，保證圓弧完整。本發明的積極效果在於本發明可生產出型鋼厚度與圓弧曲率半徑之比達到80％，並且圓弧兩邊長度的不對稱性大於16倍的特殊結構的J字形冷彎型鋼，達到總高±0.1的公差，保證產品質量。
文檔編號B21B1/08GK101067470SQ20071004136
公開日2007年11月7日 申請日期2007年5月29日 優先權日2007年5月29日
發明者張靜, 姜春民 申請人:上海佳冷型鋼有限公司