专利名称：J字形冷弯型钢结构及轧制工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种型钢技术，特别是涉及一种特殊形状的冷弯型钢产品的结构及轧制工艺。
背景技术：
冷弯型钢以其轻型、刚性好的特点，在钢结构件及各种特殊用途中得到广泛应用，其截面结构形状也越来越多，有的甚至很复杂，但其成形工艺基本上都离不开冲压成形的折弯和辊轧成形的辊弯两种，现在大部分使用的是辊弯成形工艺，都是根据产品截面形状和尺寸，设计变形过程、计算料的宽度、设计成形辊轧道次。产品截面形状决定展开的料宽，变形过程和方法决定成形辊轧道次。在变形过程中常规方法都是圆弧段曲率半径R从大到小，转角部分的角度从小到大，并且最终圆弧的半径R受原料厚度的限制，使得圆弧曲率半径内R值很难做到很小。特别是要轧制的型钢产品截面形状极其特殊，像截面形状为J字形的型钢，其两侧边长度非常不对称、不但厚度大而截面积又小的型钢，其厚度与内圆弧曲率半径之比要求达到80％，远远大于常规冷弯型钢的比例，如果还是使用常规冷弯成形工艺，先成形弧形段，半径R从无穷大逐步变小，由于厚度与圆弧半径比值又很大，圆弧两侧的直线段的长度相差很大，有时其中短的一边只有2mm长，所以在弯圆弧时，轧辊与产品的接触面很小。短边一侧的摩擦转力矩远远小于长边一侧的，因此，在圆弧段变形时，圆弧的半径R还未达到设计值时，原料早已翻转到轧辊孔型之外了，实现不了变形。目前，对上述如此特殊要求的型钢产品还没有成熟的轧制工艺，特别是要生产小面积截面、厚度与曲率半径比值又大的J字形冷弯型钢，很难保证技术要求和产品质量。
发明内容
为了克服现有技术在轧制特殊形状型钢中的不足，本发明的目的是提供一种J字形冷弯型钢结构及轧制工艺，本发明的技术方案是设计合理的轧辊孔型和制订合理的辊轧参数，通过轧辊连续逐道次辊弯变形成为J字形截面的型钢，本发明的技术方案是通过如下的技术手段来具体实现的，一种由一定厚度和宽度的牌号为68*6mm、材质为1cr17不锈纵剪钢带，通过轧辊连续逐道次辊轧变形而成的J字形冷弯型钢结构，其特征在于所述的J字形冷弯型钢的结构是其型纲的厚度δ(6mm)与其截面底部圆弧半径R(7.5mm)之比等于80％；底部圆弧半径R两侧的直线段的长度相差很大(16倍)，短边的长度特别短(2mm)，只为原料厚度的1/3。
一种上述特殊结构的J字形冷弯型钢的轧制工艺，其过程是将一定厚度的纵剪钢带，通过多道轧辊连续逐道次辊弯变形成为J字形截面的型钢，其特征是a)辊轧变形过程分为12个道次，第1至第8个道次采用上、下成对的变形平辊和相配合的导向立辊组成的8个架次，其中立辊起到原料及产品在轧制变形过程中能顺利进入下一架次轧辊，同时修正不偏离轧制线；辊轧变形过程的第9道次至第12道次的4个道次的精整变形采用四架次三辊式万能机架，使用三辊式可充分保证大边尺寸高度±0.1的公差，同时三辊式使用了可相对转动的分离式轧辊，大大减小由于速度差造成产品表面加工硬化程度的不同和压延的不同，减小残余应力易于矫直；最后的整形、矫直使用两架次土耳其头方式矫直机进行校直，使直线度、扭转度得到控制；b)轧制过程是圆弧的变形过程，圆弧的弧长从短变长，每一道次的轧制上轧辊的圆弧半径R值与产品最终形状的R值相等；c)轧制过程中与圆弧两端相连的直边的升角从小到大变化着，并且是短边的升角大于长边的升角，长边变形角每一架次平均都要比短边小，可充分保证圆弧段尺寸和短边尺寸，平衡两个边的摩擦转力矩，使产品在轧制过程中不翻转；d)轧制过程中，圆弧圆心在变形过程中移动，产品最终圆弧圆心定为轧制线，圆弧圆心偏离轧制线距离由大变小至0。使短边预留长度大于产品最终短边尺寸。在初始架次成形时圆弧圆心偏离圆弧轧制线6～8mm。逐架次减小平均每道次减小1mm，在第九架次与轧制线重合。可保证圆弧完整成形。
轧制过程中，必须控制好变形的每一道次的有关技术参数的范围，其中(1)α表示长边的升角；β表示短边的升角，β必须大于α，具体为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表示圆弧圆心位置偏离轧制线中心的距离，具体为S2＝6～8mm；S3＝5～7mm；S4＝4～6mm；S5＝3～5mm；S6＝2～4mm；S7＝1～3mm；S8＝1mm；S9＝0mm。
(3)R为上辊圆弧半径，也是产品型钢的最终尺寸，轧制过程中保持不变。
本发明的积极效果在于按常规冷弯变形工艺加工不了的产品，通过分析欲加工产品的截面形状的特殊性，设计合理的变形孔型，制订切实可行的辊轧工艺参数，使用本发明可生产出产品厚度与圆弧曲率半径之比达到80％，并且圆弧两边边长的不对称性大于16倍的特殊结构的J字形冷弯型钢，并有一套保证产品质量的成熟的轧制工艺，为特殊结构型钢的发展创出了新路，积累了经验。
图1、是本发明的实施例J字形冷弯型钢结构示意图。
图2、是本发明的实施例J字形冷弯型钢第1道次至第3道次变形轧制工艺。
图3、是本发明的实施例J字形冷弯型钢第4道次至第6道次变形轧制工艺。
图4、是本发明的实施例J字形冷弯型钢第7道次至第10道次变形轧制工艺。
图5、是本发明的实施例J字形冷弯型钢第11道次至第14道次轧制工艺。
图中SG代表上辊；XG代表下辊；PL代表扎制中心线；O代表圆弧圆心；DB代表短边；CB代表长边；SG1代表上辊一；SG2代表上辊二；CG代表侧辊；KL代表立辊；α代表长边升角；β代表短边升角；δ代表型材厚度；R代表型钢圆弧半径；AB代表型钢总高度；K代表轧制道次；S4代表第4道次圆弧圆心O与轧制线PL的距离。
具体实施例方式
下面是本发明的一个实施例，结合附图1的结构和附图2至附图5的轧制工艺图对本发明作进一步的说明本实施例是一种J字形型钢，型钢的结构尺寸是厚度δ为6mm、圆弧半径R为7.5mm、长边CB为32mm，短边DB为2mm、型钢总高AB为45.5mm，采用规格为68*6、牌号为1cr17不锈纵剪钢带加工制成。具体的轧制过程如下(1)轧制第1架K1为上下平辊与导向立辊K1L配合控制原料，此时尚无变形，包括后面几道的导向立辊K1L、K2L、K3L、K4L、K5L、K6L都是起到控制产品能顺利进入下一架轧辊，同时保证不偏离轧制线PL。
(2)第2架水平辊K2变形，圆弧圆心O位置偏离轧制线PL中心为S2＝7mm，大边升角α2＝10°、β2＝31°，保证β＞α。上辊SG圆弧半径R＝7.5mm(产品最终尺寸)(3)第3架水平辊K3变形，圆弧圆心O位置偏离轧制线PL中心为S3＝6mm，大边升角α3＝15°、β3＝46°。仍保证β＞α、上辊SG圆弧半径R＝7.5mm(产品最终尺寸)(4)第4架水平辊K4变形，圆弧圆心O位置偏离轧制线PL中心为S4＝5mm，大边升角α4＝20°、β4＝62°。仍保证β＞α、上辊SG圆弧半径半径R＝7.5mm(产品最终尺寸)(5)第5架水平辊K5变形，圆弧圆心O位置偏离轧制线PL中心为S5＝4mm，大边升角α5＝25°、β5＝75.5°。仍保证β＞α，上辊SG圆弧半径R＝7.5mm(产品最终尺寸)(6)第6架水平辊K6变形，圆弧圆心O位置偏离轧制线PL中心为S6＝3mm，大边升角α6＝29°、β6＝90°。仍保证β＞α、上辊SG圆弧半径R＝7.5mm(产品最终尺寸)(7)第7架水平辊K7变形，圆弧圆心O位置偏离轧制线PL中心为S7＝2mm，大边升角α7＝45°、β7＝90°。仍保证β＞α，上辊SG圆弧半径R＝7.5mm(产品最终尺寸)(8)第8架水平辊K8变形，圆弧圆心O位置偏离轧制线PL中心为S8＝1mm，大边升角α8＝60°、β8＝90°。仍保证β＞α，上辊SG圆弧半径R＝7.5mm(产品最终尺寸)(9)第9架水平辊K9变形，圆弧圆心O位置偏离轧制线PL中心为S9＝0mm，即，圆弧圆心O位置与轧制线PL重合。大边升角α9＝75°、β9＝90°。仍保证β＞α，上辊圆弧半径R＝7.5mm(产品最终尺寸)。从此架开始使用三辊式，其中上辊SG1和上辊SG2为分离式轧辊，可相对转动。上辊SG1仍起到圆弧变形作用，上辊SG2控制大边CB高度作用。侧辊CG起大边变形作用。
(10)第10架水平辊K10变形，圆弧圆心O位置与轧制线PL重合。大边升角α10＝85°、β10＝90°。仍保证β＞α，上辊SG圆弧半径R＝7.5mm(产品最终尺寸)。仍然使用三辊式，各辊的作用与第9架相同。
(11)第11架水平辊K11变形，圆弧圆心O位置与轧制线PL重合。大边升角α11＝β11＝90°。上辊SG圆弧半径R＝7.5mm(产品最终尺寸)。仍然使用三辊式，各辊的作用与第九架相同(12)第12架K12在对变形后的形状进行精密整形，特别是型钢全高度尺寸45±0.1公差的保证。
最后，经过第13、14架次通常用的三辊式土耳其头方式矫直机进行整形、矫直、定型，完成轧制过程。
权利要求
1.一种由纵剪钢带通过轧辊连续逐道次辊轧变形而成的J字形冷弯型钢结构，其特征在于所述的J字形冷弯型钢的结构是其型纲的厚度(δ)与其截面底部圆弧半径(R)之比等于80％；底部圆弧半径(R)两侧的直线段的长度相差很大，短边的长度特别短。
2.根据权利要求1所述的J字形冷弯型钢结构，其特征在于所述的型钢厚度(δ)为6mm。
3.根据权利要求1所述的J字形冷弯型钢结构，其特征在于所述的型钢其截面底部圆弧半径(R)为7.5mm。
4.根据权利要求1所述的J字形冷弯型钢结构，其特征在于所述的型钢底部圆弧半径(R)两侧直线段的长短边相差16倍。
5.根据权利要求1所述的J字形冷弯型钢结构，其特征在于所述的型钢短边的长度特别短为2mm，只为原料厚度的1/3。
6.一种应用于权利要求1所述的J字形冷弯型钢结构的轧制工艺，其过程是将纵剪钢带通过多道轧辊连续逐道次辊弯变形成为J字形截面的型钢，其特征在于a)辊轧变形过程分为12个道次，第1至第8个道次采用上、下成对的变形平辊和相配合的导向立辊组成的8个架次，其中立辊起到原料及产品在轧制变形过程中能顺利进入下一架次轧辊，同时修正不偏离轧制线；辊轧变形过程的第9道次至第12道次的4个道次的精整变形采用四架次三辊式万能机架，使用三辊式可充分保证长边高度尺寸±0.1的公差；最后的整形、矫直使用两架次土耳其头方式矫直机进行矫直，使直线度、扭转度得到控制；b)轧制过程是圆弧的变形过程，圆弧的弧长从短变长，每一道次的轧制上轧辊的圆弧半径(R)值与产品最终形状的(R)值相等；c)轧制过程中与圆弧两端相连的直边的升角从小到大变化着，并且是短边的升角(β)大于长边的升角(α)，长边升角(α)每一架次平均都要比短边(β)小，可充分保证圆弧段尺寸和短边尺寸，平衡两个边的摩擦转力矩，使产品在轧制过程中不翻转；d)轧制过程中，圆弧圆心在变形过程中移动，产品最终圆弧圆心定为轧制线，圆弧圆心偏离轧制线距离(S)由大变小至0，使短边预留长度大于产品最终短边尺寸，在初始架次成形时圆弧圆心偏离圆弧轧制线，以后逐架次减小，在第9架次与轧制线重合，可保证圆弧完整成形。
7.根据权利要求6所述的J字形冷弯型钢的轧制方法，其特征在于所述的圆弧两端相连的长边升角(α)和短边升角(β)在变形轧制过程中每一道次中升角变化的范围是(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.根据权利要求6所述的J字形冷弯型钢的轧制方法，其特征在于所述的圆弧圆心偏离轧制线的距离(S)逐架次减小的范围是(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
本发明涉及一种J字形冷弯型钢结构及轧制工艺，其结构特点是两边长度不对称、其厚度与内圆弧半径之比达到80％的特殊型钢结构，使用常规冷弯成形工艺很难加工。本发明的技术方案是通过轧辊连续逐道次辊弯变形的工艺，将辊轧变形过程分为12个道次，采用上、下成对的变形平辊和相配合的导向立辊和三辊式万能机架、最后使用两架土耳其头方式矫直机进行矫直；轧制过程中短边的升角大于长边的升角，圆弧圆心偏离轧制线距离由大变小至0，保证圆弧完整。本发明的积极效果在于本发明可生产出型钢厚度与圆弧曲率半径之比达到80％，并且圆弧两边长度的不对称性大于16倍的特殊结构的J字形冷弯型钢，达到总高±0.1的公差，保证产品质量。
文档编号B21B1/08GK101067470SQ20071004136
公开日2007年11月7日 申请日期2007年5月29日 优先权日2007年5月29日
发明者张静, 姜春民 申请人:上海佳冷型钢有限公司