H型鋼是一種高效經(jīng)濟(jì)型材，具有力學(xué)性能優(yōu)良、斷面經(jīng)濟(jì)合理，造型美觀、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。因此，廣泛應(yīng)用于建筑、鐵路橋梁、近海勘探、石油化工等行業(yè)，成為了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中人力推廣的新型綠色環(huán)保材料。
矯直是H型鋼生產(chǎn)過(guò)程中一道重要的精整工序，決定著產(chǎn)品的終質(zhì)量和精度。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大以及用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，矯直技術(shù)在H型鋼生產(chǎn)中的作用越來(lái)越重要。然而，H型鋼的多輥矯直是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，涉及到幾何、材料、接觸等多重非線性，傳統(tǒng)矯直理論無(wú)法對(duì)此類構(gòu)件的矯直過(guò)程給出的描述。而實(shí)際生產(chǎn)中迫切需要的矯直理論來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出從矯直變形機(jī)理、初始彎曲程度、殘余應(yīng)力及有限元仿真技術(shù)應(yīng)用等方面對(duì)H型鋼矯直技術(shù)展開(kāi)深入研究的思想，以尋求適用于H型鋼這類薄壁構(gòu)件的矯直理論。
1.H型鋼矯直原理
H型鋼在加熱、軋制、冷卻以及傳輸過(guò)程中，常因外力作用、溫度變化等原因，不可避免地在軋件中產(chǎn)生幾何缺陷和殘余應(yīng)力。因此，軋制冷卻后的H型鋼需要在矯直機(jī)上進(jìn)行矯直，以符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
H型鋼的多輥矯直原理
金屬材料在較大的彈塑性彎曲條件下，不管其原始彎曲程度有多大區(qū)別，彈復(fù)后所殘留的彎曲程度差別都會(huì)顯著減小、甚至?xí)呌谝恢隆ｋS著壓彎程度的逐步減小，其彈復(fù)后殘留彎曲必然會(huì)一致趨近于零值而達(dá)到矯直的目的。利用這一特性，可對(duì)H型鋼進(jìn)行多輥矯直，每3個(gè)相鄰的矯直輥形成對(duì)H型鋼的一次強(qiáng)迫彎曲，稱為一個(gè)矯直單元或彎曲單元；以九輥矯直機(jī)為例，當(dāng)軋件通過(guò)上下兩排交錯(cuò)配置的矯直輥組成的輥縫時(shí)，共經(jīng)受7次反復(fù)彎曲而逐漸被矯直。
按照矯直輥所采用壓下量的人小和終消除殘余曲率的方法，對(duì)H型鋼的矯直可以分為小變形方案和大變形方案兩種。小變形矯直方案是指，每個(gè)矯直輥所采用的壓下量恰好能消除前一輥?zhàn)訉?duì)軋件所形成的殘余曲率，從而使軋件的殘余曲率逐漸減小的矯直方案。大變形矯直方案則是按照盡量減小第三輥處殘余曲率的原則，采用比小變形矯直方案大得多的壓下量使軋件產(chǎn)生足夠人的彎曲，使得H型鋼經(jīng)過(guò)3個(gè)矯直輥后的殘余曲率差迅速減小，后面的輥?zhàn)咏又捎眯∽冃纬C直方案。
2.傳統(tǒng)H型鋼矯直理論的局限性
H型鋼屬于典型的薄壁高腿異形構(gòu)件，其矯直機(jī)理既不同于薄帶材，又有異于具有較大厚度和橫向剛度的一般型鋼，采用傳統(tǒng)的矯直理論來(lái)描述H型鋼在多輥矯直過(guò)程中的力學(xué)行為具有一定的局限性。
(1)H型鋼的多輥矯直過(guò)程，是一個(gè)連續(xù)反復(fù)彈塑性彎曲的復(fù)雜過(guò)程，按傳統(tǒng)理論求解構(gòu)件整體彎曲時(shí)，因很難得出多支點(diǎn)、彈塑性、靜不定條件下的解而采用了過(guò)多的近似和簡(jiǎn)化。
(2)傳統(tǒng)矯直理論都是基于原始曲率已知這一前提來(lái)計(jì)算反彎曲率、設(shè)置矯直工藝參數(shù)。實(shí)際生產(chǎn)中軋件的初始曲率是隨機(jī)、多值的，這樣，采用按傳統(tǒng)理論求得的工藝參數(shù)進(jìn)行矯直時(shí)，不易取得理想的矯直效果。
(3)傳統(tǒng)矯直理論未考慮構(gòu)件經(jīng)前置工序和前部矯直輥后所產(chǎn)生的變形和殘余應(yīng)力的影響，實(shí)際上此類構(gòu)件的變形受遺傳行為的影響較大。
(4)根據(jù)H型鋼斷面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，矯直時(shí)采用輥?zhàn)又苯訅簭澑拱鍋?lái)引起整體彈塑性變形的加載方式，矯直力主要作用于剛度較小的腹板上。這種加載方式和斷面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所導(dǎo)致的載荷沿橫截面的特殊傳遞路徑，決定了其矯直工藝參數(shù)和終幾何形態(tài)對(duì)初始彎曲程度、殘余應(yīng)力及加工工藝具有高度的敏感性。
(5)H型鋼的斷面力學(xué)特性復(fù)雜，矯直過(guò)程中存在斷面畸變現(xiàn)象，影響了工藝參數(shù)的設(shè)定及控制。傳統(tǒng)理論著重考慮構(gòu)件的整體變形行為，忽略了斷面畸變的影響，這樣得到的結(jié)果對(duì)非薄壁構(gòu)件影響較小，但是對(duì)于H型鋼這類薄壁構(gòu)件，斷面畸變不能忽視。