一种角钢局部感应加热弯曲成型工艺

1.本发明属于角钢局部弯曲成型工艺技术领域，具体涉及一种角钢局部感应加热弯曲成型工艺。


背景技术：

2.我国每年的辊弯成型钢产量大约为600万吨，这一数值随着各行业对薄壁轻量化型钢的需求增高二逐年增长，辊弯型钢具有巨大的发展潜力。辊弯成型是一种高效先进的板材成型工艺，其型钢产品具有经济效益高、产品精度高、表面质量好、能源消耗小和具有多种截面形状等优点，广泛应用于汽车、船舶、电力、建筑等行业。随着社会对材料成型领域提出的节能环保、精密制造、高自动化的要求，存在热能消耗巨大、热效率低、污染严重等问题的热加工车间的传统加热设备已无法满足需求，于是装置灵活、节能环保、低耗低氧化的电磁感应加热技术就在热加工成型工艺中成为一项先进可靠的加热技术。
3.热弯成型工艺结合了感应加热技术和辊弯成型技术，该工艺成形或成的变形过程是三维弹塑性大变形，包涵弹性变形、塑性变形，以及纵向变形和横向弯曲变形，工艺涉及了电磁场和温度场的计算，对加热结果的影响因素较多，过程较为复杂。
4.目前传统的辊弯曲成型技术存在：成型道次多、轧辊损耗严重、产品回弹严重等缺点，这增加了高强钢的加工难度。查阅现有的国内专利发现，对角钢的成型方法主要是冷轧技术应用，中国专利申请号为cn200810059010.7，专利名称：角钢制造方法及角钢成型设备。其中提出了一种提高角钢力学性能的成型方法，该方法包括对钢板的初步整形、分步成型，整形和自动切断，其中对钢板的初步整形及分步成型仍采用传统的冷轧技术，为了提高角钢的力学性能而在分步成型和整形之间进行高频淬火、回火及冷却处理，该方法虽然能较好的提高角钢成型的质量，但是工艺步骤较多、能源消耗较大。中国专利申请号为cn200810059011.1，专利名称：连续角钢热处理方法和角钢制造方法，类似地提出了先分步冷轧成形后，对半成品角钢利用热处理工艺提高角钢特性，过程环节较为复杂，提高了生产成本。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种角钢局部感应加热弯曲成型工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种角钢局部感应加热弯曲成型工艺，包括以下步骤：
7.s1、设置电磁感应加热装置，包括材料、形状、位置；
8.s2、确认影响加热温度的加热频率、电流大小、空气间隙的数值，以及钢板的移动速度；
9.s3、设定成形道次，综合力学性能、加热温度效果和孔型参数，确定钢板在塑性变形阶段的辊弯成形道次为4或5道次；
10.s4、设定轧辊变形角度，5道次变形角度为0-20-50-80-90度，4道次变形角度30-50-80-90度；
11.s5、设置开轧速度，并根据成形速度设置轧制速度曲线，确定轧制速度；
12.s6、确定设备及参数后，依据空气间隙大小，将钢板位于距离电磁感应加热装置之下5mm～15mm；
13.s7、启动加热装置，通入电流，等待待加热装置升温至钢板所需的最大温度；
14.s8、钢板达到要求温度后，使钢板以进入道次前的速度匀速通过感应加热线圈；
15.s9、完成钢板的连续加热后，首先进行第一道次为平直辊的成形，再启动轧制，保证钢板有足够的初速度进入成形道次；
16.s10、对成形后钢板的回弹角度分析，确认角钢参数、性能是否达到要求，完成成型工艺。
17.优选的，在s1中，电磁感应加热装置是在感应加热上选择横向磁通感应加热，单侧布置，保持线圈固定不动与钢板相对做匀速平移，实现对板长方向的连续局部加热效果，电磁感应加热线圈采用中空铜管绕制而成的线圈，形状为矩形、圆盘形或者螺旋形线圈，其垂直板长方向最大宽度不超过钢板宽度的同时大于钢板宽度的一半，以钢板中心线对称放置，使横向加热区存在明显的核心加热区、热影响区和未加热区。
18.优选的，在s2中，加热温度的控制是通过建立温度场与频率、电流、空气间隙之间的关系，利用正交试验研究频率和电流对温度场分布的影响，由于频率和电流均与温度呈线性关系，因此结合具体钢板需求的加热温度，提高频率和电流可以达到提高钢板最大加热温度的目的；在钢板的连续感应加热过程中，由于钢板和线圈之间存在相互运动，为防止实际生产中钢板和线圈之间发生碰撞，因此两者之间的空气间距在5mm～15mm之间，利用有限元法对加热过程模拟得到钢板厚度方向和横向的温度分布云图，确定出最佳的参数；
19.优选的，利用有限元法对加热模型模拟的过程是单向热-力耦合过程，摩擦类型选择库伦摩擦方式，静摩擦因数为0.4，动摩擦因数为0.3。
20.优选的，在s3中，角钢热弯成型成形道次的确定，通过模型建立和模拟运算来确定。
21.优选的，在s4中，角钢的成型过程中总的变形角度为90度，钢板的局部加热提高了变形区的塑形，减少了变形区的变形抗力和回弹，结合成型角的余弦、平均分配，考虑到轧制总道次、工件运行速度和温度场的分布确定第一道次的弯曲角为20～35度；对于成型道次为5的情况，变形角分配为0-20-50-80-90度，对于成型道次为4的情况，变形角的分配为0-30-80-90度。
22.优选的，在s5中，设置好开轧速度，使钢板有足够的初速度进入成形道次。
23.优选的，在s8中，加热时钢板的移动速度就是钢板进入辊弯成型前的移动速度，因此要保证线圈运动速度与钢板进入第一道轧辊的速度相同；
24.优选的，在s10中回弹角度分析是在经历局部电磁感应加热和塑性变形两个阶段后，对成形后的钢板进行回弹分析，对比同道次轧制下的冷弯成型回弹角度。
25.本发明与现有技术相比具有以下优点：
26.本发明中的热弯成型工艺基于局部感应加热辊弯成型技术，在辊弯成型前，对其弯角成型区域加热到再结晶温度以上，降低其变形抗力，提高成型性能，可以在提高单道次
成型角的同时减少成形道次，简化工艺和成本，同时提高产品质量，减少回弹。
附图说明
27.图1是本发明矩形感应加热线圈示意图；
28.图2是本发明钢板连续感应加热的温度分布图；
29.图3是本发明4道次成型工艺模型图；
30.图4是本发明5道次成型工艺模型图；
31.图5是本发明4道次成形钢板最终成型示意图；
32.图6是本发明5道次钢板成形最终成型示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.本发明提供一种技术方案：一种角钢局部感应加热弯曲成型工艺，包括以下步骤：
35.s1、设置电磁感应加热装置，包括材料、形状、位置；电磁感应加热装置是在感应加热上选择横向磁通感应加热，单侧布置，保持线圈固定不动与钢板相对做匀速平移，实现对板长方向的连续局部加热效果，电磁感应加热线圈采用中空铜管绕制而成的线圈，形状为矩形、圆盘形或者螺旋形线圈，矩形感应加热线圈如图1所示，其垂直板长方向最大宽度不超过钢板宽度的同时大于钢板宽度的一半，以钢板中心线对称放置，使横向加热区存在明显的核心加热区、热影响区和未加热区；
36.s2、确认影响加热温度的加热频率、电流大小、空气间隙的数值，以及钢板的移动速度；加热温度的控制是通过建立温度场与频率、电流、空气间隙之间的关系，利用正交试验研究频率和电流对温度场分布的影响，由于频率和电流均与温度呈线性关系，因此结合具体钢板需求的加热温度，提高频率和电流可以达到提高钢板最大加热温度的目的；在钢板的连续感应加热过程中，由于钢板和线圈之间存在相互运动，为防止实际生产中钢板和线圈之间发生碰撞，因此两者之间的空气间距在5mm～15mm之间，利用有限元法对加热过程模拟得到钢板厚度方向和横向的温度分布云图，确定出最佳的参数，钢板连续感应加热的温度分布图如图2所示。
37.利用有限元法对加热模型模拟的过程是单向热-力耦合过程，摩擦类型选择库伦摩擦方式，静摩擦因数为0.4，动摩擦因数为0.3。
38.s3、设定成形道次，综合力学性能、加热温度效果和孔型参数，确定钢板在塑性变形阶段的辊弯成形道次为4或5道次，4道次和5道次成型工艺模型图如图3和图4所示，角钢热弯成型成形道次的确定，通过模型建立和模拟运算来确定。
39.s4、设定轧辊变形角度，5道次变形角度为0-20-50-80-90度，4道次变形角度30-50-80-90度，角钢的成型过程中总的变形角度为90度，钢板的局部加热提高了变形区的塑形，减少了变形区的变形抗力和回弹，结合成型角的余弦、平均分配，考虑到轧制总道次、工件运行速度和温度场的分布确定第一道次的弯曲角为20～35度；对于成型道次为5的情况，
变形角分配为0-20-50-80-90度，对于成型道次为4的情况，变形角的分配为0-30-80-90度；
40.s5、设置开轧速度，并根据成形速度设置轧制速度曲线，确定轧制速度。设置好开轧速度，使钢板有足够的初速度进入成形道次；
41.s6、确定设备及参数后，依据空气间隙大小，将钢板位于距离电磁感应加热装置之下5mm～15mm；
42.s7、启动加热装置，通入电流，等待待加热装置升温至钢板所需的最大温度；
43.s8、钢板达到要求温度后，使钢板以进入道次前的速度匀速通过感应加热线圈，加热时钢板的移动速度就是钢板进入辊弯成型前的移动速度，因此要保证线圈运动速度与钢板进入第一道轧辊的速度相同。
44.s9、完成钢板的连续加热后，首先进行第一道次为平直辊的成形，再启动轧制，保证钢板有足够的初速度进入成形道次；
45.s10、对成形后钢板的回弹角度分析，回弹角度分析是在经历局部电磁感应加热和塑性变形两个阶段后，对成形后的钢板进行回弹分析，对比同道次轧制下的冷弯成型回弹角度，确认角钢参数、性能是否达到要求，完成成型工艺。
46.4道次和5道次的成形钢板最终成型示意图如图5和图6所示。
47.本发明中的热弯成型工艺基于局部感应加热辊弯成型技术，在辊弯成型前，对其弯角成型区域加热到再结晶温度以上，降低其变形抗力，提高成型性能，可以在提高单道次成型角的同时减少成形道次，简化工艺和成本，同时提高产品质量，减少回弹。
48.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
49.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。