[发明专利]波纹腹板H型钢梁的热轧工艺

说明书

本发明属于金属的轧制技术领域

H型钢梁的腹板主要起传递剪应力的作用，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，这是因为普通直腹板的抗弯刚度很小，在外载荷的作用下，虽然应力还没有达到屈服极限σs，但当腹板平面内的压应力分量超过某个临界值〈＆＆〉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曲强度和承载能力。目前，世界上有些国家采用冷成型法在高频焊接线上生产出了腹板中部具有波纹的H型钢梁，并取得了很好的经济效益。

本发明的目的是提供大批量生产优质波纹腹板H型钢梁的热轧工艺。

采用生产普通直腹H型钢梁的热连轧机组生产波腹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纵向具有横向周期波纹的H型钢梁，需要把精轧机座的水平辊换为成型辊。成型辊的外形类似于圆柱直齿轮，在外圆柱表面上有若干个齿。工作时，齿顶将腹板压入齿根中，并在每一瞬间，齿顶和齿根间都存在一个最小距离且始终保持不变，该距离就是波纹腹板成品的厚度。立辊的作用是给翼缘较小的压下量，使翼缘表面光滑，从而消除由于腹板的变形所导致的翼缘表面微量的金属堆积和拉薄现象。轧件经过粗轧和轧边后，腹板仍然是平的，只在精轧道次一次成形为波腹H型钢梁。为了防止出现较大的残余应力和保证轧制过程的稳定，腹板的压下量不宜太大;而当压下量太小时，产品表面不光洁，影响其使用性能。合理的压下量为：腹板的压下量ε1＝5～10%，翼缘的压下量ε2＝ε1+1～5%，轧制温度为900～1200℃。

成型辊设计是本发明的另一主要特点。成形时，为使腹板与翼缘连接处的变形趋于均匀，要适当增大齿顶侧面的倒角R1;为防止出现较大的应力集中，齿根侧面也要有一个倒角R2。具体取值范围是：R1＝（1.5～2.5）f，R2＝（0.5～1.2）f，f是波纹高度。

辊型曲线是影响产品质量的决定因素，也直接关系到本工艺的成败。设计辊型曲线的原则是保证成型辊与腹板不发生干涉、成形过程稳定、腹板厚度均匀及表面光滑。否则，就会出现产品质量差甚至两个轧辊卡住的现象，造成设备的损坏。本发明所提供的辊型曲线完全满足上述要求。辊型（齿顶）曲线方程为

X（t）＝X1（t）cos2β+Y（t）sin2β+asinβ

Y（t）＝-X1（t）sin2β+Y1（t）cos2β+acosβ

X1、Y1是齿根曲线关于O1X1Y1座标系的已知参数方程;X、Y是齿根曲线关于O1X10Y10座标系的参数方程。t是参变量，C是腹板厚度，a是两个轧辊的中心距。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形机座的工作状态示意图。

图2是H型钢梁（波腹和直腹）横向受压时外载荷与腹板侧向位移之间的关系曲线。

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是热轧全波纹腹板H型钢梁。

图5是沿腹板纵向切开后的断面形状。

图6是本发明所用的成型辊辊环。

图7是辊型曲线方程所用的座标系。图中F、F_６是上辊齿根曲线分别在O1X10Y10和O1X1Y1两个座标系中;G、G_β是下辊齿顶曲线分别在O2X0Y10和O2X2Y2两个座标系中。

参看附图1、4和6并结合下面的实施例，可更好地理解本发明。