帶材翼緣長度與成型道次對簡單斷面型鋼成型的影響

　　摘 要： 本文以彈塑性大變形有限元理論為基礎，對槽鋼成型過程作出合理簡化，建立分析模型，利用MARC軟件對槽鋼輥彎成型進行了三維有限元數值模擬，分析得出帶材翼緣長度與成型道次對槽鋼成型的影響。
　　關鍵詞： 簡單斷面型鋼槽鋼 帶材翼緣長度 成型道次 板坯成型 影響
　　
　　在輥彎成型過程中，平板帶材經一系列串列布置的旋轉軋輥進行連續變形。在成形過程中，當變形條件發生變化時，坯料上各個變形質點的受力狀態、變形性質都產生了變化，并且帶來各種問題，因此成型工藝參數的選擇和成型輥設計在輥彎成型過程中具有重要作用。本文以簡單斷面型鋼槽鋼為代表來分析各工藝參數對板坯成型的影響。
　　模擬分析以昆明鋼管有限公司連續冷彎成型車間所用的攀枝花新鋼釩股份有限公司開發的P510鋼板為原材。在實驗儀器MTS（材料試驗系統）對鋼板性能進行了實驗測試分析，通過單軸拉伸實驗測得該板的彈性模量為206Gpa，泊松比為0.28，屈服強度為480Mpa。試件具體參數如表1所示。根據實際生產條件，成型角度分布為15°、30°、45°、60°、75°、85°、90°。主要成型參數如表2。在下面的分析中，是以相同位置寬度方向的節點作為研究對象，比較在板帶成型后的等效應力與應變的變化，定性分析其工藝參數對型鋼成型的影響。
　　當坯料翼緣長度不同時，分析圖1至圖4應力、應變分布，發現規律如下。
　　（1）對于X方向（橫向）應變分布。拉應變的最大值分布在坯料彎曲的角部。其最大值隨著翼緣高度的增大而減小。
　　對于Y方向（縱向）應變分布。壓應變的最大值仍然分布在坯料彎曲的角部，隨著板料翼緣高度的增大而增大；對于縱向應變的拉應變分布在邊緣，且隨著翼緣高度的增大而增大。
　　對于應變的分布，無論是X方向，還是Y方向，在腹板部位的應變變化比較均勻，其應變曲線是一條平行于橫軸的直線。
　　（2）對于應力的分布。對于應力分布變化比較復雜，最大值分布的板坯部位也有較大差別。對于翼緣較短的，橫向拉應力的最大值在彎曲角部，縱向拉應力的最大值在彎曲部位，橫向和縱向壓應力的最大值均分布在邊緣部位；對于翼緣較長的，橫向拉應力和壓應力的最大值分布在靠近彎曲的部位，縱向拉應力的最大值分布在翼緣部位。
　　從以上的成型過程可以得出，在成型過程中由于沿成型工件寬度上的縱向變形不均，邊緣的皺紋比其他部分大。且皺紋的程度與型鋼平直的邊緣段寬度有關。當型鋼邊緣平直段寬度不超過其厚度15—20倍時，產生的縱向變形不均就不明顯；超過20倍型鋼，邊緣的皺紋就增大。這與實際情況相一致。因此為了獲得皺紋比較小的型鋼，應選定邊緣平直段寬度不超過坯料厚度15—20倍。
　　2.帶材成型道次的影響
　　道次變形量是衡量輥彎成型設備的一個重要的指標。成型道次直接影響到設備的投資費用，在我國設計者一般都是傾向于選用大的變形角，小道次的方案，以此來降低成型設備的投入費用，但是也帶來一些相應問題，如帶材在加工過程中穩定性比較差，軋輥在局部磨損比較厲害等。在其它條件不變的條件下，只是成型角度一個是15°、30°、45°、60°、75°、85°、90°，一個是15°、30°、60°、75°、85°、90°。即一個是45°經間接成型到60°，一個是直接成型到60°。
　　分析圖5至圖8，隨著成型角的增加，橫向應變縱向應變和應力均呈現增大趨勢，帶材翼緣邊緣位置，變化更為明顯。
　　采用兩個道次成型與采用一個道次成型應變應力分布規律是基本相同的，且采用兩個道次成型比采用一個道次成型應力應變最大值都要小，當增加成型道次后，會降低型鋼角部的壓應變應力值，同時也會降低板坯邊部的拉應力應變值，并發現隨著道次數量的增加，曲線變化范圍及波動都有明顯減小。
　　由于在冷彎型鋼的生產中都存在著產生邊緣不平和邊緣波浪的可能性，當縱向產生塑性變形超過屈服極限應力時，導致型鋼伸長的邊緣部分不能縮回原來的長度，這樣就產生了邊緣不平和邊緣波浪。在冷彎型鋼生產過程中，要想盡量減小這些缺陷，就要求通過減小成型角度來改善產品的應力、應變分布規律，減小縱向邊緣應力、應變的極值。這種邊緣部位應力、應變值的減小，能夠減小邊部波浪產生的可能性，從而有利于產品質量的提高。綜上所述，在其它條件不變的情況下，在相同的道次下，成型角度不宜過大，但考慮到每機架成型角度軋機能力等綜合因素對成型的影響，適當降低成型角度，這對槽鋼的成型有很大影響。
　　
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　　（作者系2006年昆明理工大學材料學專業碩士研究生畢業）