摘要：借助有限元分析软件MSC．SuperForm2004对H型钢万能轧制过程进行了模拟，着重讨论了万能轧制不同阶段轧件宽展在孔型中的变化规律。由模拟结果可知，万能孔型中轧件翼缘的端部不接触轧辊，变形主要靠变形渗透，变形量很小且变形渗透随道次的增加而明显。

关键词：H型钢；翼缘宽展；万能轧制；有限元法

1前言

        随着H型钢应用的日益广泛，人们对其形状尺寸的要求越来越高；由于H型钢孔型的开口性，使得对翼缘尺寸的控制比腹板尺寸要难得多；万能轧制阶段，H型钢的翼缘宽展在各道次中的变化是不同的，万能轧机孔型中，翼缘的宽展是自由的，而轧边机孔型对轧件宽展的影响则与轧制道次有关。有限元模拟方法在H型钢变形分析中有着广泛的应用，文献对H型钢的万能轧制过程进行模拟，提出了合理的压下规程分配方案。

         采用有限元分析软件MSC．SuperForm2004对HW400mm×400mm×13mm×21mm柱型H型钢的稳态万能轧制过程中的宽展进行了全道次模拟，以分析万能轧制不同阶段时宽展在各孔型中的变化规律，从而为H型钢产品尺寸的精确控制提供参考。

2有限元模型与边界条件

    万能轧机的成品孔型为H型，成品前万孔型为X形。轧边机对翼缘的端部及腹板和翼缘连接处进行加工。沿轧制方向，2架万能轧机与轧边机构成3机架可逆连轧。模拟取1／4孔型与轧件，孔型的尺寸参数均来自生产现场。

    机组由2架万能轧机(U₁、U₂)和1架轧边机(E)组成，轧边机在2架万能轧机中间机架间距为6m。为避免单元数过多，模拟计算时缩短了机架间距，U₁、E、U₂机架间的距离取1250mm，压下规程为实际生产中采用的压下规程。各道次辊缝的设置与变形参数见表1。

    坯料采用由开坯机轧制的坯料，材质Q235。取1／4轧件模拟计算。轧件长度应保证构成连轧关系，故长度取2m左右，单元数目取4500～7000个。

3模拟结果及其分析

3．1万能孔型内的宽展

       在万能孔型内，翼缘在水平辊侧面和立辊形成的孔型里变形；翼缘的端部沿辊身方向自由宽展，影响翼缘宽展的因素有：翼缘的压下量、翼缘和腹板之间的变形牵制、轧边机对翼缘端部的加工。从模拟结果看，翼缘与腹板的变形对翼缘端部宽展的影响是随道次的增加而加剧的；在道次7—7—8(U₂—E—U₁)中，轧件翼缘的端部，基本不接触轧辊；变形主要靠变形渗透，变形量很小，且变形渗透随道次的增加而明显。轧边机基本上只起加工翼缘和腹板连接处的作用．在随后的几道次，才起对翼缘端部加工的作用，而且加工量不能很大，否则会使端部“坍塌”。

3．2对轧件在各道次翼缘宽展的分析

    H型钢翼缘的宽展在各道次的变化可以通过翼缘端部垂直方向位移的变化间接描述，如图1所示(各道次的路径皆沿轧制线方向选取)。可见，前几道次翼缘变形没有渗透到翼缘的端部，端部竖直方向的位移不明显，其中道次3—3—4的竖直位移为负值，主要是由于轧件进入倾斜的X形万能孔型，翼缘的宽展方向发生改变，不再是竖直方向所致，但其实际宽展量仍是正值。可见，前几道次变形主要是使坯料适应万能孔型：中间几道次的宽展较均匀和稳定；而最后道次13—13—14又出现竖直位移为负值，这是由轧边机对端部的加工所致，是为了保证尺寸的精确。总结各道次的宽展可知，翼缘在万能轧制阶段的宽展主要是自由宽展，轧边机只在最后一道次对翼缘端部进行加工，限制其宽度，且避免端部出现缺陷，对其加工量有严格限制。

    为得到足够的翼缘宽展，并减少轧边机的加工量，制定合理的压下规程显得尤为重要。实践证明，在前几道次增加翼缘压下，使翼缘长度接近成品长度，后几道次逐步减小翼缘压下，对翼缘长度进行适量调整，可以有效控制翼缘端部的宽展，减小轧边机的负荷。

4结语

    通过对HW400mm×400mm×13mm×21mmH型钢万能轧制过程的有限元模拟分析可知，万能孔型中轧件翼缘的端部不接触轧辊；变形主要靠变形渗透，变形量很小；变形渗透随道次的增加而明显；轧边机基本上只起到加工翼缘和腹板连接处的作用，其对翼缘端部的加工有限。因此，要有效控制翼缘端部的宽展，就必须制定合理的万能压下规程。