型钢轧制数字化技术及应用

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型钢轧制数字化技术及应用我国年产各类断面型钢7000多万吨、尺寸规格上千种，随着轨道交通、建筑、桥梁及大型工程机械的发展，各种非对称复杂断面型钢、轻型薄壁型钢、轨梁型钢等新产品的需求不断涌现。作为型钢设计开发生产的核心技术－复杂孔型系统设计、轧辊配辊加工与工艺控制仍主要依靠传统经验技术，导致试制周期长、开发成本高、废品率高、产品尺寸形状精度难控制等问题。本项目针对高质量、高精度各类断面型钢在高效率、低成本设计开发及产品尺寸形状精度控制上存在的技术难题，突破传统的经验-试错方法，研究开发出全新高效的数字化、网络化+CAD-CAE-CAM一体化技术，以大大缩短型钢产品设计开发试制周期、显著降低开发成本及废品率、使产品尺寸形状精度得到有效控制，提高产品的附加值和竞争力。

技术适用的领域及条件：该技术适用于各种大、中、小型型钢生产线的型钢新产品孔型系统设计开发、工艺优化、数字化配辊及辊型加工等；适用条件：具备有限元数值模拟求解器软件、计算机工作站硬件及具有大学本科以上学历的相关技术人员。

目录

技术应用情况

该项成果突破了传统的技术体系和瓶颈，大幅度提升了钢轨及复杂断面型钢设计制造的科技水平、效率与精度，使综合效率提高10倍以上,产品精度提高1倍以上，并显著提高了产品附加值。该技术在攀钢、山东钢铁等企业推广应用，成功应用于60kg/m百米重轨高精度控制、60D40道岔钢轨扭转控制、出口UIC60、75kg/m重载钢轨、出口美国一级铁路115RE钢轨等的全长尺寸均匀性与精度控制；并成功开发生产出J形、C形、H形等多种复杂断面型钢，相关产品成功应用于国内大型机械装备制造业。应用结果表明，高精度钢轨显著提高了钢轨的焊接质量、列车运行平稳性，复杂断面型钢显著提高了大型工程机械的结构合理性和效率，并明显降低了制造成本。技术应用的具体案例：

（1）在提高百米重轨设计开发效率、降低开发成本、保证产品质量中的应用

结合数值模拟和轨梁厂实际工艺装备，采用分段组合方法，将钢轨轧制分为五大部分：两辊孔型轧制模块、万能轧制模块、万能连轧模块、半万能轧制模块、除鳞/道次间隙/控制冷却模块，进行全轧程热力耦合数值模拟系统分析。

通过全轧程热力耦合数值模拟系统，从坯料出加热炉到终轧全过程进行计算分析，获得轧制全程的相关信息。提取典型道次轧制力模拟曲线与实测值比较，轧制力模拟值和实测值偏差在3~7%。通过孔型参数化设计系统和数值模拟系统优化确定后的孔型，在配辊的参数化基础上，自动生成轧辊的CAD配辊图以及轧辊机加工NC代码自动生成，通过内部网络将数据传输到数控机床进行轧辊CAM加工。

1）项目开发的钢轨及复杂断面型钢轧制数字化系统首次实现了面向一线工程技术人员的专业化的复杂断面型钢轧制计算机辅助设计（CAD）－计算机辅助工程（CAE）－计算机辅助制造（CAM）的科学、高效、实用的系统软件；

2）孔型参数化设计-全轧程热力耦合数值模拟-参数化配辊-轧辊机加工代码自动编写多项功能为一体的数字化集成系统具有操作简单、实用性强、效率高、精度高等特点，在理论、方法及与实际密切结合等方面具有明显突破和创新；

3）开发的复杂断面型钢轧制CAD-CAE-CAM数字化系统，通过数字化、内部网络形成孔型系统设计－工艺评价与优化－轧辊加工等三个关键技术环节无缝衔接的一体化集成技术，经攀钢、山钢企业技术人员实际应用，使复杂断面型钢产品设计开发效率提高了10倍以上，开发成本显著降低，同时解决了采用传统经验方法几乎无法解决的特殊产品轧制缺陷及精度问题。

（2）在典型非正常轧制态工况事故模拟分析与工艺优化中的应用

本项目所开发的数值模拟系统在能够顺利完成正常型钢轧制前提下，同时可以模拟分析扭转、堆钢、咬偏等多种事故态的轧制工况，为现场的孔型、工艺优化、事故原因分析预测提供可靠的依据。

（3）在J形、C形、H形门架型钢等复杂断面型钢新产品设计开发中的应用

随着我国物流业的快速发展，近年来叉车产销量一直保持在20%以上的增长，叉车门架是叉车承重最重要的结构，在莱钢型钢生产线上，利用复杂断面型钢数字化系统成功开发出J形、C形、H形多款复杂断面门架型钢产品，并进行了批量生产应用。