型鋼軋制數字化技術及應用

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型鋼軋制數字化技術及應用我國年產各類斷面型鋼7000多萬噸、尺寸規格上千種，隨着軌道交通、建築、橋樑及大型工程機械的發展，各種非對稱複雜斷面型鋼、輕型薄壁型鋼、軌梁型鋼等新產品的需求不斷湧現。作為型鋼設計開發生產的核心技術－複雜孔型系統設計、軋輥配輥加工與工藝控制仍主要依靠傳統經驗技術，導致試製周期長、開發成本高、廢品率高、產品尺寸形狀精度難控制等問題。本項目針對高質量、高精度各類斷面型鋼在高效率、低成本設計開發及產品尺寸形狀精度控制上存在的技術難題，突破傳統的經驗-試錯方法，研究開發出全新高效的數字化、網絡化+CAD-CAE-CAM一體化技術，以大大縮短型鋼產品設計開發試製周期、顯著降低開發成本及廢品率、使產品尺寸形狀精度得到有效控制，提高產品的附加值和競爭力。

技術適用的領域及條件：該技術適用於各種大、中、小型型鋼生產線的型鋼新產品孔型系統設計開發、工藝優化、數字化配輥及輥型加工等；適用條件：具備有限元數值模擬求解器軟件、計算機工作站硬件及具有大學本科以上學歷的相關技術人員。

目錄

技術應用情況

該項成果突破了傳統的技術體系和瓶頸，大幅度提升了鋼軌及複雜斷面型鋼設計製造的科技水平、效率與精度，使綜合效率提高10倍以上,產品精度提高1倍以上，並顯著提高了產品附加值。該技術在攀鋼、山東鋼鐵等企業推廣應用，成功應用於60kg/m百米重軌高精度控制、60D40道岔鋼軌扭轉控制、出口UIC60、75kg/m重載鋼軌、出口美國一級鐵路115RE鋼軌等的全長尺寸均勻性與精度控制；並成功開發生產出J形、C形、H形等多種複雜斷面型鋼，相關產品成功應用於國內大型機械裝備製造業。應用結果表明，高精度鋼軌顯著提高了鋼軌的焊接質量、列車運行平穩性，複雜斷面型鋼顯著提高了大型工程機械的結構合理性和效率，並明顯降低了製造成本。技術應用的具體案例：

（1）在提高百米重軌設計開發效率、降低開發成本、保證產品質量中的應用

結合數值模擬和軌梁廠實際工藝裝備，採用分段組合方法，將鋼軌軋制分為五大部分：兩輥孔型軋制模塊、萬能軋制模塊、萬能連軋模塊、半萬能軋制模塊、除鱗/道次間隙/控制冷卻模塊，進行全軋程熱力耦合數值模擬系統分析。

通過全軋程熱力耦合數值模擬系統，從坯料出加熱爐到終軋全過程進行計算分析，獲得軋制全程的相關信息。提取典型道次軋制力模擬曲線與實測值比較，軋制力模擬值和實測值偏差在3~7%。通過孔型參數化設計系統和數值模擬系統優化確定後的孔型，在配輥的參數化基礎上，自動生成軋輥的CAD配輥圖以及軋輥機加工NC代碼自動生成，通過內部網絡將數據傳輸到數控機床進行軋輥CAM加工。

1）項目開發的鋼軌及複雜斷面型鋼軋制數字化系統首次實現了面向一線工程技術人員的專業化的複雜斷面型鋼軋制計算機輔助設計（CAD）－計算機輔助工程（CAE）－計算機輔助製造（CAM）的科學、高效、實用的系統軟件；

2）孔型參數化設計-全軋程熱力耦合數值模擬-參數化配輥-軋輥機加工代碼自動編寫多項功能為一體的數字化集成系統具有操作簡單、實用性強、效率高、精度高等特點，在理論、方法及與實際密切結合等方面具有明顯突破和創新；

3）開發的複雜斷面型鋼軋制CAD-CAE-CAM數字化系統，通過數字化、內部網絡形成孔型系統設計－工藝評價與優化－軋輥加工等三個關鍵技術環節無縫銜接的一體化集成技術，經攀鋼、山鋼企業技術人員實際應用，使複雜斷面型鋼產品設計開發效率提高了10倍以上，開發成本顯著降低，同時解決了採用傳統經驗方法幾乎無法解決的特殊產品軋制缺陷及精度問題。

（2）在典型非正常軋制態工況事故模擬分析與工藝優化中的應用

本項目所開發的數值模擬系統在能夠順利完成正常型鋼軋制前提下，同時可以模擬分析扭轉、堆鋼、咬偏等多種事故態的軋制工況，為現場的孔型、工藝優化、事故原因分析預測提供可靠的依據。

（3）在J形、C形、H形門架型鋼等複雜斷面型鋼新產品設計開發中的應用

隨着我國物流業的快速發展，近年來叉車產銷量一直保持在20%以上的增長，叉車門架是叉車承重最重要的結構，在萊鋼型鋼生產線上，利用複雜斷面型鋼數字化系統成功開發出J形、C形、H形多款複雜斷面門架型鋼產品，並進行了批量生產應用。