專利名稱:波紋腹板h型鋼梁的熱軋工藝的制作方法
H型鋼梁的腹板主要起傳遞剪應力作用，為了充分利用腹板材料以節約金屬，希望腹板越薄越好。然而，腹板內壓應力分量的存在極大地限制了腹板的薄壁化，這是因為直腹板的抗彎剛度很小，在外載荷的作用下，雖然應力還沒達到屈服應力σs，但當腹板平面內的壓應力分量超過某個臨界值σor(σcr＜σs)時，腹板就會出現大的側向位移而發生局部失穩，并很快導致梁的整體破壞。
用波紋腹板取代直腹板能有效地提高腹板的壓屈強度。目前，世界上有些國家采用冷成形法在高頻焊接線上生產出了腹板中部具有波紋的H型鋼(如日本專利56033129)，然而，由于焊接線本身復雜，基建投資大，特別是目前世界上H型鋼梁的總產量只有10%左右采用焊接法生產，其余全部由熱軋生產，故該種生產方法僅限于小批量生產，遠不能滿足需求。此外，僅在腹板中部加工波紋，腹板沒能獲得最大的壓屈強度。
本發明的目的是提供能夠大批量生產優質波紋腹板H型鋼梁的方法，從而克服上述生產方法中所存在的不足之處。
采用生產普通直腹H型鋼梁熱連軋機組及熱軋工藝生產波紋腹板H型鋼是本發明的主要特點之一，從而為大批量生產波紋腹板H型鋼創造了有利條件。為了軋出沿整個腹板橫向具有周期波紋的H型鋼梁，把連軋機組的最后一架精軋機座的水平輥換成了成型輥。成型輥的外形類似于圓柱直齒輪，在外圓柱表面上沿輥身方向有若干個齒。工作時，齒頂將腹板壓入齒根中，并在每一瞬時，齒頂和齒根間都存在有一個最小距離且始終保持不變，該距離就是波紋腹板的厚度，因此，波紋腹板的波形與齒形相同且厚度均勻。此外，為了使腹板厚度均勻，還必須保持齒頂和齒根在工作時完全對正，故裝設了能使上下成型輥的輥型對正和調整的萬向接軸。立輥的作用是給翼緣較小的壓下量，使翼緣表面光滑，從而消除由于腹板變形所導致的翼緣表面微量的金屬堆積和拉薄現象。軋件經粗軋和軋邊以后，腹板仍是平直的，只經最后的精軋道次一次軋成為波紋腹板H型鋼梁，為了防止出現較大的殘余應力，腹板的壓下率也不宜太大;而當壓下率太小時，產品表面不光潔、質量差，影響產品的使用性能。合理的工藝參數為腹板壓下率ε腹＝5～10%，翼緣壓下率ε翼＝ε腹+1～5%，軋制溫度T＝900～1200℃。
成型輥設計是本發明的另一主要特點。熱軋全波紋腹板H型鋼時，為使腹板根部的變形趨于均勻，要適當增大齒頂側面倒角γ1;為防止出現較大的應力集中，齒根側面也要有一個倒角γ2，具體取值范圍為γ1＝(1.5～2.5)f，γ2＝(0.5～1.2)f，f是波紋高度。
輥型曲線是影響熱軋波紋腹板H型鋼梁質量的決定因素，也直接關系到本工藝的成敗。輥型曲線必須保證成型輥與腹板不發生干涉、成型過程穩定、腹板表面光潔和厚度均勻。否則，就會出現產品質量差甚至兩軋輥卡住的現象，造成設備損壞。本發明所提供的輥型曲線完全滿足上述要求。輥型曲線方程為Xo＝X(t)+ (C)/2 Kx
yo＝y(t)- (C)/2 Kyβ= sin-1(2(x1cosφ+y1sinφ))/(α) + φ式中φ=tg-1[ (y1′(t))/(x1′(t)) ]Kx=y ′( t )［x′( t ) ］2+［y′( t )］2]]>Ky=x ′( t )［x′( t ) ］2+［y′( t )］2]]>X(t)＝X1(t)cos2β+y1(t)sin2β+asinβy(t)＝-X1(t)sin2β+y1(t)cos2β+acosβ
是齒根曲線關于o1x1y1座標系的已知參數方程，t是參變量，C是腹板厚度，a是兩成型輥的中心距。采用計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)工藝，可使成型輥的加工達到非常高的精度。
本發明
圖1是本發明所采用的成型機座的工作狀態示意圖。
圖2是外載荷與腹板側向位移的關系曲線。
圖3是用焊接法生產的腹板中部具有波紋的H型鋼梁。
圖4是本發明所軋出的全波紋腹板H型鋼梁。
圖5是波紋腹板的縱斷面形狀。
圖6是本發明所用成型輥輥環。
圖7是輥型曲線方程所用座標系。
參看附圖1、4和6，結合下面的實施例，可更好地理解本發明。
實施例是在三機架H型鋼連軋機組上進行的。第一架是粗軋機座，第二架是軋邊機座，第三架是精軋機座。為了軋制波紋腹板H型鋼梁，將第三架精軋機座的水平輥換成了成型輥〔1〕，且上水平輥由周期對準式萬向接軸傳動，立輥〔2〕保持不變。成型輥〔1〕的齒頂圓直徑為278mm，齒根圓直徑為264mm，輥身長度為71mm，齒頂和齒根側面倒角分別為γ1＝7mm，γ2＝2mm，軋制溫度為1050℃。直腹H型熱軋坯出加熱爐后首先進入粗軋機座，然后進行軋邊，最后進入精軋機座，一次軋成為波紋腹板H型鋼。在精軋道次，腹板〔3〕的壓下率ε腹＝7%，翼緣〔4〕的壓下率ε翼＝10%。產品尺寸為翼緣寬度B＝60mm，厚度d＝45mm，腹板高度h＝71mm，厚度C＝3mm，波紋高度f＝3.5mm，波紋長度l＝18mm。所軋制的產品表面光潔、厚度均勻，對腹板根部所做的探傷試驗表明，該部分無裂紋產生。
與現有技術相比，本發明能夠實現大批量生產波紋腹板H型鋼，其產品具有重量輕、力學性能優良的特點，可節約金屬10～15%，經濟效益顯著。
權利要求
1.波紋腹板H型鋼梁的熱軋工藝，采用生產普通直腹H型鋼梁的連軋機組，其特征在于將連軋機組的最后一架精軋機座的水平輥換成了具有特定輥型曲線的成型輥，并相應地增設了能使上下成型輥的輥型對正和調整的萬向接軸，在規定的熱軋溫度及適當的壓下制度下，將來料為直腹H型的熱軋坯一次軋成為波紋腹板H型鋼。
2.根據權利要求
1中所述的波紋腹板H型鋼梁的熱軋工藝，其特征在于成型輥的輥型曲線方程為Xo＝X(t)+ (C)/2 Kxyo＝y(t)- (C)/2 Kyβ= sin-1(2(x1cosφ+y1sinφ))/(α) + φ式中φ=tg-1[ (y1′(t))/(x1′(t)) ]Kx=y ′( t )［x′( t ) ］2+［y′( t )］2]]>Ky=x ′( t )［x′( t ) ］2+［y′( t )］2]]>X(t)＝X1(t)cos2β+y1(t)sin2β+asinβy(t)＝-X1(t)sin2β+y1(t)cos2β+acosβ
是齒根曲線的已知參數方程，C是腹板厚度，a是兩成型輥的中心距。
3.根據權利要求
1、2中所述的波紋腹板H型鋼梁的熱軋工藝，其特征在于成型輥的齒頂和齒根的側面倒角分別為γ1＝(1.5～2.5)f，γ2＝(0.5～1.2)f，這里f是波紋高度。
4.根據權利要求
1中所述的波紋腹板H型鋼梁的熱軋工藝，其特征在于軋制溫度為900～1200℃。
5.根據權利要求
1中所述的波紋腹板H型鋼梁的熱軋工藝，其特征在于腹板和翼緣的壓下率分別為ε腹＝5～10%，ε翼＝ε腹+1～5%。
6.根據權利要求
1中所述的波紋腹板H型鋼梁，其特征在于沿整個腹板橫向具有周期波紋。
專利摘要
波紋腹板H型鋼梁是一種新型經濟斷面型材。本發明涉及到波紋腹板H型鋼梁的熱軋工藝及產品，其主要特征為將熱軋直腹H型鋼梁的萬能精軋機座的水平輥換成了具有特定輥型曲線的成型輥，來料為直腹H型的熱軋坯經過該機座后，在適當的壓下制度下，一次成型為沿整個腹板橫向具有周期波紋的H型鋼——-波紋腹板H型鋼。由于橫向波紋大大地增加了腹板的抗彎剛度，從而使其壓屈強度提高1～2倍。與直腹H型鋼相比，本產品可節約金屬10～15％。
文檔編號B21D13/04GK86106315SQ86106315
公開日1988年3月30日 申請日期1986年9月19日
發明者曹鴻德, 才志華, 張文志, 趙文才 申請人:東北重型機械學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan