一種重型U型鋼板樁冷彎-加熱循環(huán)工藝創(chuàng)新設計研究

潘 露，王學鋼，韓亞飛，朱 葉

（1.安徽機電職業(yè)技術學院 機械系，蕪湖 241000；2.太原華冶設備研究所，太原 030002）

0 引言

鋼板樁是一種邊緣帶有鎖口爪部，且鎖口爪部相互組合聯(lián)接形成一種連續(xù)緊密的直接打入土中的用于擋土或者擋水的新型環(huán)保型鋼。鋼板樁主要通過冷彎及熱軋成形，冷彎成形主要用于生產(chǎn)厚度較薄的輕型鋼板樁，目前厚度6mm以上重型U型鋼板樁主要采用熱軋法生產(chǎn)，但是熱軋生產(chǎn)重型鋼板樁投資大、生產(chǎn)周期長，因此熱軋重型鋼板樁生產(chǎn)成本高，近年來，國內(nèi)出現(xiàn)了使用冷加工焊接與結合的方法生產(chǎn)復雜鋼板樁的新工藝[1,2]。

本文根據(jù)某公司9mm重型U型鋼板樁工藝要求，采用冷彎工藝+間歇局部加熱的工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)熱軋工藝，制定了完整的冷彎工藝方案，并應用于某鋼板樁生產(chǎn)線。

1 重型U形鋼板樁冷彎成形工藝設計

圖1所示為某公司9mm重型U型鋼板樁成品外形。根據(jù)彎曲工藝要求將成品分為A、B、C、D、E、F、G共11個彎曲部位，其中爪部E/G為鎖扣彎曲部位，鎖扣聯(lián)接如圖2所示。

圖1 9mm重型鋼板樁成品示意圖

1.1 冷彎方案設計

本項目冷彎-加熱循環(huán)工藝路線為：

鋼卷準備——開卷——矯直——剪切——冷彎（間歇局部加熱）——矯直——收集冷卻—打捆入庫。

1.2 冷彎-加熱循環(huán)方案設計

圖2 鋼板樁鎖扣連接形式示意圖

先以C形成形方式彎曲鎖扣爪部C、D、E、F、G部位，將鎖扣爪部彎曲完成后，再以帽形成形方式成形彎曲腹板A、B部位，并且在中間道次進行局部循環(huán)加熱，圖3所示為此冷彎工藝的輥花圖。

圖3 輥花圖

1.3 冷彎-加熱循環(huán)工藝參數(shù)

冷彎工藝參數(shù)主要包括彎曲道次、彎曲角度、反彎角度等[3,4]。本文所涉及9mm重型鋼板樁成形道次為13，其中爪部彎曲為6道次，腹板彎曲為7道次，彎曲過程中中間道次局部加熱，如表1所示。

表1 C形成形與帽形成形道次數(shù)

1.4 冷彎-加熱循環(huán)工藝圖

根據(jù)冷彎參數(shù)及彎曲角度分配表，本文設計出了9mm重型鋼板樁冷彎-加熱循環(huán)工藝圖，如圖4所示。

圖4 冷彎工藝圖

2 鎖扣位置的成形研究

考慮到鋼板樁在實際使用過程中通過鎖扣接頭部位實現(xiàn)連接，如圖5所示，因此鎖扣接頭部位（如圖1所示，左爪部C、D、E和右爪部F、G）為關鍵部位，本次有限元模擬重點研究鎖扣位置的成形[5]。圖6所示為鎖扣部位彎曲輥花圖。

圖5 鋼板樁護墻圖樣

圖7所示為前6道次（即完成鎖口彎曲部位C、D、E成形道次）成形過程，考慮到軋輥為剛性，有限元模擬過程將軋輥簡化為剛性片狀軋輥，且將機架間距離縮短以縮短計算時間。

圖6 爪部鎖扣部位輥花圖

圖7 鎖口位置D的變形模擬結果

由圖7可知，本工藝方案下所獲得的重型U型鋼板樁鎖扣部位成形彎曲角度與設計相符，考慮到實際冷彎過程中間道次局部加熱提高塑性，實際冷彎鎖扣部位成形效果滿足廠家要求。

3 實驗驗證

圖8 某公司重型鋼板樁生產(chǎn)線

根據(jù)本文設計設計鋼板樁冷彎成形工藝，應用于某公司鋼板樁生產(chǎn)線，如圖8所示。圖9所示為9mm重型鋼板樁成品，由圖9可知，成品鎖扣處尺寸（彎曲爪部D位置）較好，鎖扣質(zhì)量高。

圖9 重型U型鋼板樁成品圖

4 結論

本文采用傳統(tǒng)冷彎+間歇循環(huán)局部加熱工藝，制定了9mm重型U型鋼板樁冷彎-加熱循環(huán)工藝方案，并借助于有限元驗證了此工藝方案的可行性，重點研究了鋼板樁關鍵鎖扣部位的成形。將此工藝方案應用于某公司試驗生產(chǎn)線，獲得了滿足成品要求的9mm重型U型鋼板樁成品。

[1]王先進,涂厚道.冷彎型鋼生產(chǎn)及應用[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1994.

[2]武曉飛.U型鋼板樁孔型優(yōu)化設計及實驗模擬[D].燕山大學,2012.

[3]朱葉.鋼板樁輥彎成形的數(shù)值模擬及工藝參數(shù)研究[D].太原科技大學,2012.

[4]馬立東.輥彎成形過程數(shù)值模擬及網(wǎng)絡化研究[D].燕山大學,2009.

[5]劉繼英.冷彎成形技術[M].北京：化學工業(yè)出版社,2008.

[6]劉江林,楊曉明,文建峰.有限元在冷彎型鋼中的應用[J].精密成形工程,2011：3(2)：59-60.