热轧带齿C型钢孔型设计.pdf

第42卷第4期
现代冶金
Vol 42 No
2014年8月
Modern Metallurgy
Aug.2014
热轧带齿C型钢孔型设计
任忠凯',谢红飙',王松',余超',关庆宇,宋盈盈',刘德然
(1.燕山大学,河北秦皇岛06004;2.山东天工岩土工程设备有限公司,山东聊城252000)
摘要:根据带齿C型钢的产品尺寸要求,按照复杂断面的孔型设计原则,并利用 DEFORM-3D有限元软件輔助设
计了一套热轧带齿C型钢的孔型系统。针对现场试轧过程中出现的耳子、腿部不平直等缺陷,进行了分析并提出
了政进措施。试轧结果表明:所开发的孔型系统合理
关键词:带齿C型钢;孔型设计; DEFORM-3D;试轧
中途分类号:TG332.3
8?
带齿C型预埋件具有较高的承载能力,边距小
(最小可达5cm),易于调整,安装时无噪音、无尘,
2
防腐性能好(热浸镀锌钢材质),脚部齿形能起到
防松、减震的作用等特点。所以,带齿C型预埋件
30は.
作为挂件,大量应用于隧道、幕墙、铁路、水利
-6°
电力中等。但是,该型钢属于复杂断面型材,受到
自身结构的限制,具有薄壁、带齿、半封闭的特点,
V
所以不容易成形。目前,国内采用热轧方法生产的
C型钢产量还不大,仍然需要从国外进口,所以迫
切需要开发此类C型钢的热轧孔型系统。
参照其他复杂断面型钢的设计原理,并利用
DEFORM-3D有限元软件辅助设计了一套热轧带齿
图1带齿C型钢断面示意图
C型钢的孔型系统。针对该C型钢在试轧过程中出现
的缺陷,结合生产现场的实际情况,进行了深人的
变形量,减少不同部分间金属的相互牵连或转
分析。通过孔型的改进,最终生产出了合格的产品。移,保证轧件成形,一般将复杂断面划分成若干个
简单断面。该C型钢断面划分为1个腰部、2个腿
1孔型系统设计
部和2个脚部等5个部分(见图2)
息
热轧带齿C型钢的成品尺寸
该带齿C型钢的成品尺寸是由某公同提供
的,其断面示意图如图1所示。
2断面划分
图2带齿C型钢断面划分
带齿C型钢属于复杂断面型钢,为了合理分配
收稿日期:2014-03-09
作者简介:任仲凯(1988-),男,硕士研究生。
第4期
低忠凯,等:热轧带齿C:型例孔型设计
性,并进行必要的修改,最终获得一套合理的孔型
3孔型设计
系统:其次是研究轧制过程中各种力能参数的变
考虑到该C型钢成品壁厚为3mm,近于薄檗型
化,为实际生产提供参考。由于设计孔型较多、文
钢,轧制过程中温降较快,在轧齿道次可能会现
中主要详细分析K5-K8孔型
温度比较低变形抗力增大,导致齿形成型不理想2.1有限元几何模型的建立
现象。为了保证最终的产品尺寸要求,保持轧齿
利用Proe三维建模软件与 DEFORM有限元分析
时较高的温度是关键。因此应尽可能的减少轧制道
软件中的系统坐标完全重合的特点,采用Proe软件
次。采用蝶式混合孔型系统,具有以下儿种设计优建立氧件、轧辊等的三维模型、并保存为STL形式
点
的文件导入 DEFORA软件中
(1)蝶式孔中腿部的側压为垂直压下,可以
使轧件的腿部变形德定均匀,减小轧件变形过程中2.2边界条件设定
腰部和腿部的延伸差,使轧件横断面上的温度更均
模拟轧件材料为Q235,但是 DEFORM材料库中
没有Q235。根据AISI美国钢铁学会标准,低碳钢
(2)蝶式孔中延仲系数大,可减少轧制道次(A1ISI-1005~1026)的含碳量为0.06%-0.28%
或増大坯料断面,这样为轧机孔型设计和坯料断面对应国内含碳量标准(<0.25%),选取A1SI-1020
尺寸的选择提供了更大的余地。
为研究材料。坯料初始温度设定为1150℃。
(3)Tと过程简单,操作方便,可加快生产
C型钢轧制过程中,轧件与空气的温非常大,
节奏,提高机组作业率和机时产量。
轧件附近的空气被轧件表面加热,空气内部出现不
综:所述,参照槽钢蝶式孔型的设计原则来进均匀的温度分布。因此冷热各部分密度不同,引起
行带齿C型钢的孔型设计。按照逆轧制进行设计,空气升降对流,这时空气发生白然对流,有限元模
采用延伸系数法确定轧制道次为1道次,再加上4型的对流换热系数定为0.02NK(mms"℃),辐射率设
道热弯孔型,共15道次。
定为0.7,空气的温度设定为20℃。一般情况下轧
孔型设计时重点考虑各部分延伸率(各部分断件与轧辊之间的接触热传导还是用接触热传导系
面的面积比),以此衡量复杂断面型钢在成型时变数来简化处理,通常轧辊与轧件接触传热系数设定
形的不均匀性。其中,K8-K6孔是预成型阶段,是为12N/sec/mm/C。根据以往模拟经验,各道次轧制
整个轧件成型的关键环节。这几道次轧件的形状和过程中采用剪切摩擦模型,摩擦因子取为0.7?。根
尺寸已经接近于成品孔型,各部分的压下量都比较据轧机性能,设置轧制速度为3m/s。
小,金属间相互转移的程度比较小,所以各部分间
尽量采用比较接近的延伸率,确保成品尺寸和减小2.3孔型模拟结果
成品内应力。K5为轧齿孔,是成品尺寸孔,为了避
图3为K5-K8道次金属塑性变形过程中沿X向
免腰部、腿部的延伸影响到脚部齿形的成型,KS(轧制方向)的速度云图。X方向速度场主要反映
腰、腿部尺寸与K6腰、腿部尺寸相同。K8-K6孔参了脚部、腿部、腰部的延伸趋势。K5速度分布不均
照了槽钢蜾形孔的设计经验,在腰部和腿部的交界主要是由于该孔型仅在脚部完成齿形成型,为局部
处、腿部和脚部的交界处都使用了三角形状的假腮塑性变形,并且辊径差也较大。K6、K7、K8道次
21。这样确保热整形过程中在外拐角处有足够的金中脚部、腿部、腰部的速度比较均匀,说明各部分
属量,保证最终产品的外拐角为直角。
的延伸率配比较为合适。
完成孔型设计后,利用 DEFORM-3D有限元模
图4为K5-K8道次金属塑性变形过程中沿Y向
拟软件对孔型的填充情况及金属的流动进行模拟(宽展方向)的速度云图。Y方向速度场主要反映
验证。根据模拟分析结果,对孔型的形状和尺寸进的是轧件向边部宽展趋勢。K5轧件脚部向Y负方向
行必要的调整。
的速度比较大,受孔型的挤压,迫使金属流动向脚
部扩展,腰部和腿部Y向速度比较均匀。K6轧件整
2有限元模拟
个断面Y向速度比较均匀。K7轧件腰部和腿部宽展
比较均匀,脚部假腿处向Y正向流动比较大,保证
了尖角处的填充。K8轧件整个断画Y向速度比较均
进行有限元模拟,主要是为了分析孔型的合理匀。