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作者：鄭曉敏

   矯直工序操作質(zhì)量的好壞直接影響和決定著鋼鐵材料加工質(zhì)量的合格與否。如何提高矯直工序的操作水平成為鋼鐵材料加工中亟待解決的問(wèn)題。在輥式矯直的條件下反復(fù)進(jìn)行彈塑性彎曲，從而將矯件本身存在的剩余殘余曲率數(shù)據(jù)逐漸向零靠攏，保證其能夠達(dá)到國(guó)家規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)就是型鋼輥式矯直技術(shù)的主要內(nèi)容。但是，在實(shí)際操作中，由于型鋼輥式矯直壓彎撓度的彈塑性計(jì)算過(guò)程十分復(fù)雜，計(jì)算量相當(dāng)大，因此，目前國(guó)內(nèi)很多工廠(chǎng)采用的是大變形矯直方法，該方法基于傳統(tǒng)的矯直理論，優(yōu)勢(shì)較為明顯，但是也存在著諸多的不足及漏洞，例如雖然該方法能夠?qū)�彎曲的矯件進(jìn)行矯直，可是在矯件矯直的實(shí)際操作過(guò)程中，一定會(huì)導(dǎo)致矯件出現(xiàn)其他變形，從而在一定程度上損害了矯件的質(zhì)量。這種情況對(duì)于H型鋼尤為明顯，因?yàn)镠型鋼自身具有腿高壁薄的特點(diǎn)，因此加大了矯直操作過(guò)程中矯直缺陷的發(fā)生幾率。

  本次研究課題旨在構(gòu)建科學(xué)、合理的力學(xué)模型，借助彈塑性理論及數(shù)學(xué)分析手段，對(duì)型鋼輥式矯直壓彎過(guò)程中彎矩、力以及撓度等要素之間的關(guān)系進(jìn)行分析和研究，從而為實(shí)際的型鋼輥式矯直壓彎工作提供相關(guān)的參考依據(jù)。

1型鋼材料彈塑性彎曲理論

  對(duì)于型鋼輥式矯直壓彎撓度的彈塑性研究，首先要明確的是型鋼材料矯直壓輥量的多少以及與其相關(guān)的彈塑性彎曲理論，對(duì)于這兩者的研究，可以通過(guò)以下假設(shè)進(jìn)行：①型鋼材料的壓彎為純彎曲；②型鋼材料的縱截面內(nèi)部的縱向纖維變形情況符合虎克定律；③型鋼材料自身是理想的彈塑性材料。

  型鋼輥式矯直壓彎采用的彎輥機(jī)構(gòu)有很多種，如彎曲上工作輥、彎曲下工作輥、整體調(diào)整支撐輥等。因?yàn)樾弯摬牧献陨頃?huì)有一些平直度的缺陷，所以在矯直彎曲的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生變形。其彎曲產(chǎn)生的變形量，應(yīng)該是由型鋼材料自身厚度方向上的縱向纖維塑性區(qū)的高度所決定的。由于型鋼材料的彎曲是在型鋼材料已經(jīng)被矯直輥壓彎的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，因此其塑性區(qū)高度的增加量能夠使小曲率處的縱向纖維拉伸到與大曲率處的縱向纖維長(zhǎng)度一致的程度。

  一般而言，型鋼材料在矯直過(guò)程中產(chǎn)生的彎曲是壓下機(jī)構(gòu)和彎曲機(jī)構(gòu)兩部分共同作用的結(jié)果。通過(guò)對(duì)以上基本理論的分析，將型鋼材料的彎曲分解為兩種彎曲的組合，通過(guò)對(duì)彎曲的分解，從而達(dá)到清楚解析不同彎曲撓度組成因素的目的。

2  型鋼壓彎撓度傳統(tǒng)的計(jì)算方法

2.1傳統(tǒng)理論解析方法

通常情況下，采用材料力學(xué)的相關(guān)方法，利用積分運(yùn)算對(duì)型鋼壓彎撓度進(jìn)行計(jì)算，從而得出壓彎撓度艿的近似公式：

其中：k，為x處的曲率；k1為彈性極限曲率；cx為x處的曲率比；l為輥距的1／2。

在實(shí)際操作中，如果考慮到原始撓度＆這個(gè)因素，那么通過(guò)積分最終有反彎撓度a。．：

其中：A，為彈性曲率；C∑，為總曲率比。

  式(2)就是通過(guò)常規(guī)的矯直理論對(duì)反彎撓度進(jìn)行運(yùn)算的基本公式。

2.2  工程計(jì)算方法

圖1為工程方法撓度計(jì)算圖。工程操作過(guò)程中計(jì)算壓彎撓度時(shí)，首先將壓彎撓度定為圓弧，從而為采用簡(jiǎn)單幾何方式對(duì)壓彎撓度進(jìn)行運(yùn)算提供條件。其計(jì)算公式為：

其中：b= - 8po，Po為反彎曲率半徑；a=4;c=SZ，S為跨度。

2.3  存在的問(wèn)題

  從式(2)中能夠得出，對(duì)壓彎撓度用傳統(tǒng)方法求解時(shí)，型鋼原始撓度會(huì)對(duì)其產(chǎn)生十分重要的影響。又因?yàn)樵趯?shí)際操作過(guò)程中會(huì)受到其他各方面因素的影響，使得矯直前型鋼原始撓度的確定成為一個(gè)難度很大的工程，所以測(cè)定的結(jié)果準(zhǔn)確率也是較低的。

  相比傳統(tǒng)理論求解方法，工程求解方法雖然可以在一定程度上做到避免原始撓度對(duì)壓彎撓度求解的影響，但其也存在兩點(diǎn)較為明顯的缺陷：①將撓曲線(xiàn)當(dāng)做一個(gè)簡(jiǎn)單的圓弧是不精確的；②式(3)屬于一個(gè)彈性變形的公式，但是在型鋼矯直的過(guò)程中除了會(huì)有彈性變形，還會(huì)有塑性變形，因此導(dǎo)致對(duì)撓度的測(cè)量不夠精確。

3型鋼壓彎撓度的精確解法

  從普遍的意義上來(lái)講，型鋼的矯直工作其實(shí)就是將型鋼上相關(guān)的彎矩值調(diào)節(jié)及控制在一個(gè)合理范圍內(nèi)。據(jù)相關(guān)的調(diào)查資料顯示，如果型鋼矯件的橫斷面中塑性區(qū)的面積占到全部斷面的4/5時(shí)，只要能夠保證型鋼矯件不出現(xiàn)裂縫，從理論上來(lái)說(shuō)型鋼彎曲都是可以被矯直過(guò)來(lái)的。從這個(gè)角度出發(fā)，我們就可以這樣認(rèn)為：如果可以根據(jù)型鋼斷面的變形情況對(duì)矯直輥的彎矩范圍進(jìn)行估算，然后根據(jù)計(jì)算出來(lái)的相關(guān)數(shù)值對(duì)型鋼的壓彎撓度進(jìn)行確定，這樣無(wú)論型鋼初期的撓度是多少，只要圍繞著該撓度進(jìn)行壓彎，都會(huì)使型鋼產(chǎn)生符合相關(guān)要求的塑性變形。

  本文主要針對(duì)實(shí)際中使用較多的型鋼壓彎理論進(jìn)行分析，九輥?zhàn)冚伨乩碚撌禽^為常見(jiàn)的理論之一，本次研究課題主要就這一常見(jiàn)類(lèi)型進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和研究。對(duì)于九輥?zhàn)冚伨爻C直理論而言，型鋼矯件要通過(guò)7次的反彎變形，每3個(gè)矯直輥分為一個(gè)“變形單元”，因此，研究其中任意一個(gè)變形單元的彈塑性變形情況即可掌握整個(gè)九輥?zhàn)冚伨爻C直理論。

圖2為九輥矯直的力學(xué)模型。其原理在于“倒過(guò)來(lái)”進(jìn)行建模，“倒過(guò)來(lái)”建�？梢员苊庖蛑苯咏�模時(shí)“支座”高度不統(tǒng)一而造成的煩瑣。在圖2中，4個(gè)上輥對(duì)應(yīng)的位置分別為O、1、2、3;4個(gè)支座處的支反力分別為F2、F4F。、F。；5個(gè)下輥對(duì)應(yīng)的力是F．、F3、Fs、F7、F9。用M,、Mz、M3、M4、M5、M6、Mr、M8、M9表示各個(gè)輥處的彎矩；Li、L2、L3代表輥距。

  圖2所示的模型和型鋼在矯直時(shí)受力的實(shí)際情況相符，且狀態(tài)是：Fi、F8、F。作用點(diǎn)發(fā)生彈性變形，而F2、F3、F。、F5、F。、F，處發(fā)生彈塑性變形。也就是圖2中①、④、⑦、⑩、⑩、⑩、⑩、◎單元發(fā)生彈性變形，而②、③、⑤，⑥、⑧、⑨、⑩、◎、⑩、⑩、◎、◎單元發(fā)生彈塑性變形。

整個(gè)分析的過(guò)程和其中某一個(gè)變形單元的思路是一樣的，主要的不同就是在于圖2所示的模型為“二次靜不定結(jié)構(gòu)”，對(duì)其求解的方法有很多種，如對(duì)“多余支座”1、2處進(jìn)行切開(kāi)，就會(huì)產(chǎn)生三個(gè)“基本靜定系”，然后分別針對(duì)它們進(jìn)行研究，進(jìn)而對(duì)靜定方程組進(jìn)行求解。最后通過(guò)對(duì)求解結(jié)果的分析，從而得出了各段的撓曲線(xiàn)方程。以一個(gè)撓曲線(xiàn)的計(jì)算為例，經(jīng)過(guò)以上分析和求解（求解過(guò)程略），得到的撓度曲線(xiàn)如圖3所示。

  事實(shí)上，筆者通過(guò)對(duì)上文內(nèi)容中所提到的計(jì)算過(guò)程進(jìn)行分析和全面的整合后認(rèn)為：通過(guò)對(duì)各個(gè)輥的彎矩分布情況進(jìn)行計(jì)算，就可以得出型鋼的矯直壓彎撓度。值得注意的是：在以往的工程施工中都普遍認(rèn)為壓彎撓度與彎矩兩者之間是存在著簡(jiǎn)單線(xiàn)性組合關(guān)系的，但是這種線(xiàn)性組合關(guān)系只有在重要參數(shù)c~／M)被忽略的情況下才會(huì)產(chǎn)生，此觀(guān)點(diǎn)已經(jīng)被多次試驗(yàn)證明得出。

圖4是針對(duì)是否忽略重要的一項(xiàng)數(shù)據(jù),//VI的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖4能夠看到，該實(shí)驗(yàn)求得的撓度曲線(xiàn)與圖3所提到的撓度曲線(xiàn)十分接近，而且利用該實(shí)驗(yàn)求得的撓度對(duì)型鋼進(jìn)行矯直，依然能夠取得良好的效果。通過(guò)運(yùn)用該撓度曲線(xiàn)對(duì)型鋼進(jìn)行矯直，矯直后的結(jié)果經(jīng)過(guò)測(cè)量，殘留曲率符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)某個(gè)矯直單元進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，并分別研究了傳統(tǒng)方法和工程方法各自的壓彎撓度求解過(guò)程。在對(duì)以往理論進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，確定了多輥矯直時(shí)各輥壓彎撓度與彎矩所具有的相關(guān)聯(lián)系，在具體工程的操作當(dāng)中，可以簡(jiǎn)單將其作為一種線(xiàn)性關(guān)系。

5摘要：主要對(duì)型鋼矯直壓彎中的輥式矯直壓彎技術(shù)的具體內(nèi)容進(jìn)行了分析，并分別對(duì)型鋼壓彎撓度傳統(tǒng)理論解析方法、工程計(jì)算方法和精確解法進(jìn)行了研究，得到了多輥矯直時(shí)各輥壓彎撓度與彎矩所具有的相關(guān)聯(lián)系，指出在具體工程的操作當(dāng)中可以簡(jiǎn)單將其作為一種線(xiàn)性關(guān)系。