CN1066353C - 直接由板坯制造凸缘结构型材的方法 - Google Patents

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Abstract

仅利用一具有固定宽度腹板辊的万能轧机直接由矩形板坯(12)制造凸缘型材，其中腹板辊的深度相应于成品的选定最终深度。起始板坯宽度取决于预期成品的腹板与凸缘面积之比。当腹板厚度在腹板辊间减小时，凸缘辊同时对腹板的纵向边缘面施加压力，使材料移向腹板中央。在每一道次中，应使板坯每一边缘面变厚，以便每一边缘处的板坯厚度超出起始板坯厚度。当轧制时，象凸缘辊一样，腹板辊应更加靠近。在辊的每一设定点处，已变形的腹板横截面应保持与成品面积比相同的固定腹板凸缘面积比。腹板和凸缘辊以预算的增量运动直至板坯呈现出便于用于建筑业的成品宽度(10)。

Description

直接由板坯制造凸缘结构型材的方法
                      本发明背景
本发明涉及一种用于制作凸缘结构型材的方法，更特别涉及一种由板坯直接制得例如具有H和I形结构梁的方法。
从二十世纪早些年代开始，当第一次完成了对凸缘结构型材作为整体件进行轧制时，便一直存在在生产这些产品时要节省时间、能耗及费用的不断要求。传统的加工方法要求对铸坯进行再加热并利用一开坯轧机进行粗加工而将其加工成轧制工字梁所需的坯料，例如形状通常为H形的坯料。随后，在万能轧机中完成对所得坯料的加工。Grey在公告于1912年6月30日的美国专利1,034,361以及DE-C-162 714和GB-A-16479中描述的这一方法需要开坯轧机和万能轧机。
由于轧制出的凸缘型材已被广泛应用，所以建筑业对更多种类具有特殊形状、尺寸及重量的凸缘型材作了规定。当今，全世界钢铁工业所遵循的是在滚轧机中生产各种不同的轧制凸缘型材。
显然，如果能向用于轧制成品的万能轧机直接输送具有特定矩形形状的板坯，便可减少设备，材料所需的费用及时间。人们也认识到如果能向用于轧制成品的万能轧机直接输送具有特定矩形形状的板坯，则可省去开坯轧机。换句话说，通过对具有简单几何形状，例如矩形金属板坯着手加工，并在万能轧机中完成全部的成形加工来制造凸缘型材已成为了目标。这种板坯可从现有技术中所熟知的连铸机中直接制得，或轧制方法可从向万能轧机处所提供的冷板坯入手。
为了节省能量，最理想的是在板坯被送入万能轧机之前，将冷板坯或从铸造机中直接获得的板坯在加热期间仅一次性被提升至轧制温度。同样，再一个目的在于提供一给定的板坯截面，该截面应与利用万能轧机中最少数目的不同轧辊来轧制大量不同成品尺寸或形状的工作相称。此外，轧制应利用传统的水平和立式辊来完成以允许在不同制品尺寸之间的快速调整。
从在前的论述中可知，直接将板坯送入万能轧机便能省去对开坯轧机的需求并便于对金属进行一次性再加热处理。
Kusada在公告于1983年12月20日的专利4,420,961中描述了一种方法，该方法用于由矩形板坯制取供不同制品所用的坯料。Kusada的申请表明应沿矩形板坯的每一纵向侧边对其进行切槽。所述切槽应逐渐加深、加宽以形成一块坯料，在使切开的材料进行进一步分离以形成凸缘后，便使该坯料具有了H或I形的形状。该专利也描述了几种其它的方法。在这些方法中通过沿板坯边缘对其进行切槽而将板坯制成用于生产成品的坯料。
并且，Kusada披露了一种方法，其中在由板坯到成品的轧制阶段，仅需一个再加热步骤。但是总而言之，该专利需要一个独立的开坯轧机以在板坯进入万能轧机前，完成开槽及成形工作。因此，合格产品的产出率便受到了开槽尺寸顶角的影响，所以对于新的形状来说，该方法无法完全预测高产量合格产品的生产情况。
                         本发明概述
因此，本发明的目的在于提供一种改进的方法，用于从矩形横截面板坯直接制取凸缘结构型材产品。
本发明的另一个目的在于提供一种改进的方法，用于在无需用开坯轧机对金属进行预成形加工的情况下，利用万能轧机来制造凸缘结构型材。
本发明的还一个目的在于提供一种用于制造多种凸缘结构型材产品的改进方法，通过该方法，在实际操作之前，利用预测的结果凝能够计算出水平和立式辊的设定点。
本发明的再一个目的在于提供一种用于制造多种凸缘型材产品的改进方法，该方法能够减少由坯料至成品的轧制时间，以此实现一次性再加热处理。
通过以下的详细论述，将清楚、明显地反映出本发明的其它目的和优点。
根据本发明，通过由板坯制造具有预定尺寸及形状的型材的方法来实现上述目标，其中所述型材具有腹板凸缘面积比Aw/Af，该方法包括的步骤有：
a)在不对板坯预成形的情况下，将其送入万能轧机中，其中所述板坯具有厚度ts及预定板坯深度ds的矩形截面；
b)在万能轧机中的相对腹板辊间，将所述板坯的腹板部分压制出中间厚度tn，其中至少一个腹板辊具有轧制宽度，该宽度等于所述凸缘型材中预定尺寸的腹板深度dw；
c)利用万能轧机中的至少一个凸缘辊，并与步骤(b)基本同步，将所述板坯深度ds压制成中间深度dn，所述至少一个凸缘辊用于压制位于未被所述相对辊压制的区域内的凸缘部分，并使所述凸缘部分以与所述腹板部分基本垂直的方向延伸；
d)对所述相对辊中的至少一个腹板辊进行渐进式调节以减小中间厚度tn，对所述至少一个腹板辊进行渐进式调节以减小中间深度dn；
e)在所述相对腹板辊及至少一凸缘辊间同时压制所述板坯以逐步进一步减小所述中间厚度tn，并逐步进一步减小所述中间深度dn且以与所述腹板部分基本垂直的方向进一步延展所述凸缘部分；及
f)重复步骤(d)和(e)，直至所述中间厚度tn等于所述凸缘型材预定尺寸中的腹板厚度tw为止。
因此，本发明包括多个步骤以及这些步骤中，一个或多个步骤与其它步骤间的相互关系，在后面所披露的方法对这些内容进行了举例说明，且在权利要求中限定了本发明所要保护的范围。
                          附图简述
图1为一最终H-型凸缘型材梁的透视图；
图2为一矩形板坯透视图，该板坯被用于本发明方法中以制造图1所示的成品H-型凸缘型材梁；
图3为一端视图，所示为根据本发明方法，将图2中板坯加工至成品H-型凸缘型材的成型步骤；
图4为一与图3相似的视图，所示为位于本发明方法中的水平和立式万能轧机轧辊中第四设定点处的板坯形变；
图5为一与图2相似的视图，所示为根据本发明方法，将图2中板坯加工至成品T-型凸缘型材的成型步骤；
图6为一端视图，所示为根据本发明的方法，将图5中板坯加工至最终T-型凸缘型材的成型步骤；
图7为一与图2相似的视图，所示为根据本发明方法，将图2中板坯加工至成品槽型或C-型凸缘型材的成型步骤；
图8为一端视图，所示为根据本发明的方法，将图7中板坯加工至成品C-型凸缘型材的成型步骤。
优选实施方案的描述
用于直接由板坯制取凸缘型材结构制品的本发明方法，仅使用了一台万能轧机，该轧机具有驱动的水平或腹板辊以及间距可调的无动力立式或凸缘辊。所述腹板辊具有与一所选成品凸缘型材的腹板深度dw相当的固定宽度。板坯的尺寸应根据所制造的成品凸缘型材尺寸而被预先设定。特别是，板坯深度ds应根据成品凸缘型材中腹板与凸缘面积的比例来确定。
在辊通过的过程中，利用具有宽度与成品腹板深度相当的腹板辊对板坯进行压制，所述板坯深度ds应大于成品的腹板深度，且其厚度ts在腹板辊之间减小。同样，凸缘辊对板坯的纵向边缘面施加压力，使未被腹板辊压制的材料移向板坯中央。在辊之间的反复通过会使板坯边缘面镦粗，以便使板坯边缘处的厚度超过在加工过程中腹板辊所加工的板坯中央部分的板坯厚度。
当进行轧制时，所述辊应逐渐接近。在辊的每一设定点处，已变形的板坯横截面应能保持与成品的腹板/凸缘比相同的腹板面积与凸缘面积间的恒定比。在板坯呈现出最终的工字形状之前，所述水平及立式辊均以预定的增量运动，以便为被应用于建筑业而作好准备。
如图1和2所示，根据本发明的方法制得的凸缘型材10，由一板坯12制得，该板坯具有如图2所示的横截面。所述凸缘型材10可具有现有技术中任何已知的形状及尺寸，所有的尺寸及形状均可通过本发明的方法利用万能轧机轧制而成。
例如，图1所示为一种承重宽缘工字钢或H-型梁，而图6和8所示分别为T形凸缘型材和槽形或C-形凸缘型材。图1中所示的凸缘型材10包括一对由一中央腹板16连接的凸缘14。凸缘型材10具有一沿腹板方向测定且由字母d表示的总宽度18，且由字母bf表示的凸缘宽度20。如图所示，凸缘型材10还应具有一凸缘厚度tf及一腹板厚度tw。
所述凸缘型材10由板坯12制得，该板坯具有一选定长度L，厚度ts及与图2中的起始深度值ds等同的深度22。板坯的长度L可以变化，但它应根据铸造设备、刀具、再加热炉及设备中制造凸缘型材处的长度限制来确定。
根据本发明，在被送入万能轧机(未示出)之前，板坯12应在一再加热炉中被再次加热至轧制温度。所述万能轧机包括水平腹板辊，该辊与所选定的成品腹板16的最终腹板深度24相适应。所述腹板辊对虚线28间所确定的中央区域中腹板12的上、下表面30进行加工。如上所述，万能轧机的腹板辊与凸缘辊应同时动作，且每一相关腹板辊和凸缘辊的转动轴线应位于一共有平面内，该平面垂直于腹板的上、下表面26。
因此，由虚线28所确定的腹板中央区域26a被压制成小于起始腹板厚度ts的中间厚度tn同时，腹板深度22由其起始值ds被减小为一新的数值dn。
当在进行所述方法时，腹板辊间的距离应在步骤n中逐步减小，以便使位于腹板中央区域26a的中间腹板厚度tn能由起始值ts进一步减小。相对于腹板辊间距离的每一逐步变化，凸缘辊也应逐步靠近，以便使所述深度22由其起始值ds进一步减小。
当板坯12在腹板辊和凸缘辊之间往复通过时，位于区域26a中的高温金属被迫以相反方向作远离板坯中央平面32的运动，其中所述区域26a位于虚线28和外边缘面30之间。如图中箭头33所示，沿一个方向对高温金属加压以使位于外侧板坯端部的板坯区域26b中的凸缘宽度bf超过加工过程中的板坯腹板厚度tn。
在轧制出图1所示、具有腹板厚度tw，凸缘厚度tf，凸缘宽度bf及深度d的成品之前，应对腹板辊和凸缘辊的位置作进一步的逐步增大的复位调整。在后面的轧制阶段，利用轧边辊(未示出)以使凸缘宽度20达到理想的最终值bf。所述轧边辊以如箭头36所示的相反方向对凸缘端部34进行压制，所述方向应平行于腹板辊所施加的力。
图3描述了被用于制造图1所示的H-型凸缘型材的九级渐进式轧制调整或步骤。但其仅是许多实施例中的一个实施例。对于成品凸缘型材的其它尺寸及形状，以及对于不同的万能轧机，渐进步骤的数目可多于或少于上述的步骤。但是，所述辊设定点间的压缩量〔距离〕大大地受到了适于轧制所述形状的轧机所需能量的限制。
在所述九级渐进式轧制步骤的每一步骤中之后，通过板坯的压制而使板坯12的相对边缘面3移向图30中数字1-8所示的位置。同样，在由腹板辊宽度确定及由虚线28所限定的上、下相对表面26a，被相应地压制成图3中数字1′-8′所分别示出的尺寸。轧制操作应分别对称于两边缘面30及上、下表面26a。当进行成形加工且板坯深度尺寸22由起始尺寸ds减少时，高温材料应沿由箭头33所示的两个远离板坯中央平面32的方向作垂直运动。因此，凸缘14的最终形状在与腹板及凸缘辊设定点相对应的渐进式轧制步骤中成形，所述轧辊应逐步移至图3中所示的递增凸缘区域1″-8″。板坯12应一次性通过每一设定点处的辊，并且在所述实施例中应使板坯通过九次。
当使所述板坯在每一轧辊的的设定点间通过九次后，便将板坯12制成了图1和3所示的H-型凸缘型材。在凸缘和腹板辊的最后一设定点处，完成了最终腹板厚度tw，最终凸缘厚度tf制作，并且轧边辊(未示出)制得了一数值为bf的最终凸缘厚度20。成品结构件的深度18由用于形成腹板的腹板辊(未示出)的宽度及凸缘厚度确定。
由于凸缘和腹板部分被同时加工，所以基本上能够避免会导致产量降低的不对称效应的产生，并只会引起少量的产量损失，其中所述不对称效应包括例如在初轧/粗轧机轧制中所引起的舌形疤和毛刺。所述合成制品可被生产者随时用作建筑元件。但是，除凸缘顶部34以外，在不使内、外表面尺寸发生变化的条件下，应在取货之前进行“磨光”处理。
轧边，特别是在最初阶段，可利用平面或锥形轧边辊来完成，以便控制凸缘辊工作面附近的局部凸缘的延展。所述平面轧边辊可被额外用于或代替独立轧边辊用于精轧机中。
在具有低缺陷率及在轧制期间无需再加热的条件下，上述方法的成功之处及产品的高产量均得益于万能轧机对尺寸合适的板坯进行的轧制开始阶段。
根据本发明的方法，每一成品均与具有特殊横截面和矩形的腹板有关。预先计算得出每一渐进步骤或万能轧机中腹板和凸缘辊的设定点，以便在每一步骤中，使所述轧机中所加工的腹板和凸缘面积比与成品的腹板和凸缘间的面积比相同。图1中的成品10是对称的。因此，一个面积比可根据一个或两个凸缘确定。但是，在对于相图6所示的T形那样的不对称形状的情况下，所述面积比应根据一个凸缘确定。以下公式均是以腹板面积及单一凸缘面积为基础而确定的。
图4为位于第四设定点处的板坯12侧视图，在该处，腹板辊处于设定点4′而凸缘辊则处于其设定点4。从中能够看到，所述横截面基本上为直角及锥形三角形部分。因此，在轧制过程开始前，腹板16的横截面积与那些最终成为凸缘14部分的横截面积能够容易地被计算得出。被用于由板坯12轧制出凸缘产品10的步骤数目取决于适用于轧辊的能量及每一步骤中用来调节轧辊设定点间距离的所述压缩量。在图4中，锥形三角形部分形成了成品的凸缘。本领域熟练技术人员应懂得，当通过万能轧机的辊同时进行垂直和水平方向的轧制时，板坯应同时沿其长度L的方向延展。
因此，通过利用所选定的成品凸缘型材10的几何尺寸，及通过计算便能够确定出板坯的起始深度ds。随后，根据所用万能轧机的物理性能，能够确定用于加工成品凸缘型材10的步骤及设定点的数目。当由ds至d及ts至tw计算出这些尺寸时，也能够分别计算出中间数值dn及相应的中间数值tn。计算出腹板及凸缘辊的每一相应有关步骤n，(n+1，n+2…)，以便始终使“板坯的腹板面积与凸缘面积之比Awn/Afn”与“所选定成品的腹板面积与凸缘面积之比Awn/Afn”保持一致。这一计算应尽可能的精确。
简单地说，本发明的方法包括的步骤有：选择合适的板坯横截面的步骤，特别是在考虑到特殊轧制设备中能制造或提供的板坯厚度ts所选择的板坯宽度22。另需说明的是，本发明方法中能充分选择的板坯厚度并不是有关变量。诸如连铸器这样的所述板坯的生成装置或来源确定了ts。板坯厚度ts通常至少为成品腹板厚度tw的4倍，且选定成品≥bf的较为理想。
随后，计算腹板辊，凸缘辊及在后面阶段中能够限定凸缘宽度20的轧边辊所用的设定点表，以便使“轧制期间的腹板面积与凸缘面积间之比”与“成品中腹板与凸缘间的面积比”相同。
随后，根据预先计算出的设定点表，在例如1204℃(2200°F)的高温下，在万能轧机中对板坯进行加工，以使板坯从每一相应的设定点通过以便对其进行轧制，直至其通过所述的最后设定点后，便能获得一完整的凸缘型材。此时，使该部件冷却，例如可冷却至777.7℃(1400°F)。
在大量现有的万能轧机中，只有水平腹板辊被驱动，而立式凸缘辊则并未被驱动。但是，最好是这两种辊均被驱动。应说明的是，本发明的主体方法与方位无关。在本发明的方法中，辊及板坯的定位应能适于制造具有垂直腹板的元件。
下面的实施例是根据“Bethlehem STRUCTUAL SHAPES”中1989年7月的产品目录所列出的规格为W42L×65的宽缘工字钢，并参考本申请附图1-4所示的尺寸符号作出的。制造图1中产品H-型凸缘型材10的方法包括以下步骤。
步骤1)计算产品凸缘型材10的腹板面积和凸缘面积比Aw/Af(见图1)。
Aw=(d-2tf)(tw)                   Af=bftf
Aw=〔60.299-(2·1.499)〕(1.092)      Af=(17.881)(1.499)
Aw=62.587                            Af=(26.800)
Aw/Af=2.336
Figure 9519750100131
步骤2)利用以下公式，计算参考标号22所示的腹板起始深度ds，其中应认为腹板厚度ts对于一特定铸造设备来说为已知数值。所示厚度ts应≥4倍的成品的tw，且≥bf的较为理想(见图2)。
                  ds=dws+2ts
  ts=20.320(8)             ∴ds=(d-2tf)(1+2(Aw/Af)-1〕
                               ds=(60.300-2·1.499)〔1+2(2.336)-1〕
ds=(57.302)〔1+2(5.933)-1〕
ds=57.302+114.604(5.933)-1〕
ds=57.302+49.070=106.373
Figure 9519750100141
这一公式确定了虚线28间的起始腹板面积，以及在虚线28间延伸的起始凸缘面积。例如，已知dws=57.302cm(22.560″)且tfs=56.962cm(22.426″)，则起始腹板面积与起始凸缘面积比Aws/Afs应按下述公式计算。
     Aws=(dws)(ts)            Afs=(tfs)(bfs)
     Afs=(57.302)(20.320)       Afs=(25.369)(20.320)
     Aws=1164.385               Afs=498.554
     Aws/Afs=1164.385/498.554=2.336
Figure 9519750100142
通过所述实施例能够看出，应对腹板的起始深度22加以调节以提供与步骤1中所示的成品Aw/Af相等的“起始腹板面积与凸缘面积比Aws/Afs。因此，起始腹板比便等于与腹板厚度ts无关的最终比Aw/Af。
步骤3)计算用于每一道次中万能轧机的腹板辊间的标准设定点。在步骤(n+1……n+8)中，每一道次均会减少腹板的厚度ts，直至该厚度达到了理想的成品凸缘型材厚度tw为止。(见图3及下面表A。)
              Web Draft=(ts-tw)/n
              Web Draft=(20.320-1.092)/9
              Web Draft=2.136
Figure 9519750100151
道次的数目及每道次时所完成的压缩量应与适于轧机的能量，及现有技术中所了解的产品等级/温度的要求相一致。
步骤4)利用以下公式计算，计算每一所选的水平设定点(n+1……n+8)处的中间腹板面积Awn。以下的实施例是在设定点n+4上作出的。(见图4及下面表A。)
                 Aw4=(tw4)(dw)
                 Aw4=(11.775)(57.302)
                 Aw4=674.695
Figure 9519750100152
步骤5)利用以下公式计算，计算相对于每一水平设定点(n+1……n+8)处的中间凸缘面积Afn。以下实施例是在设定点n+4的基础上作出的。(见图4及下面表格A。)
                Af4=Aw4(Aw/Af)-1
                Af4=265.628(2.336)-1
                Af4=288.829
Figure 9519750100153
步骤6)根据腹板厚度ts与成品10的凸缘宽度bf差值，计算出每一道次(n+1……n+8)凸缘辊设定点表；及
步骤7)根据每一道次时Afn与bfn的比例，计算出每一步骤(n+1……n+8)的凸缘辊设定点表。
    步骤6                          步骤7
bfn=(ts-bf)/n               tf4=Af4/bf4
bfn=(20.320-17.882)/9         tf4=100.406/20.036
bfn=0.272每一设定点的变量     tf4=12.728
   ∴bf4=20.320-(0.272×4)
     bf4=19.235
Figure 9519750100161
下面的表格A表明了所计算出的、以上7步的轧制设定点数据，该数据用于在由板坯至成品凸缘型材九级加工步骤中，轧制W24×62宽缘工字钢。
随后，所述板坯12被送入具有腹板和凸缘辊的万能轧机中，该轧机的辊应根据表格A中所示的以上所计算出的设定点定位。之后，根据选定的n组设定点，对板坯12进行一系列地轧制，且当已完成上述道次时，图1所示的宽凸缘型材10即为所述合成制品。在高温板坯，例如从一连铸加工中所得到的板坯已进入用于所述轧制的轧机后，在无需另外再加热的条件下，便能制造出所述成品。
在系列梁制品中，每一梁尺寸具有相同的内侧腹板深度dw是并不罕见的。例如，在Bethlehem的W24宽凸缘型材梁系列中，十二种不同重量梁的尺寸范围是从最小的W24×55量至最大的W24×176梁。但所述十二种不同的W24梁中每一梁均具有相同的57.302cm(22.560″)的腹板深度dw.因此，利用万能轧机中相同的腹板和凸缘辊便能将这些系列梁的制品轧制成成品。
一些万能轧机具有锥形凸缘辊，如图3和4所示，在这些轧机中，板坯腹板部分的外表面30可沿一中央平面形成一轻微的凹形。所以，在计算供不同轧制方法中设定点所使用的腹板与凸缘间的面积比时，应考虑这一异型凸缘部分。
虽然上面实施例表明了可利用本发明的加工步骤来制造成品工字钢，但是也应明白利用本发明的加工步骤也可制造其它的凸缘型材，例如，图5和6所示的凸缘型材T-型钢，就是利用本发明的轧制方法制出的。
同上面凸缘型材实施例一样，所述T-型制品由一板坯T12制得，该板坯具有一选定的板坯长度L，厚度ts及与图5中起始板坯深度值ds相等的深度T22。
如前所述，在板坯T12被送入一万能轧机前，应将其再加热至适合的轧制温度。所述万能轧机包括与T-型成品的最终腹板深度dw相应的水平腹板辊。所述腹板辊对腹板区域中板坯T12的上、下表面T26进行加工，其中所述腹板区域被限定在一沿板坯T12延伸的虚线T28a及第二虚线T28之间。同时，一立式凸缘辊作用于虚线T28附近的板坯边缘面T30，且一轧边辊(未示出)作用于边缘T30a以控制沿边缘T30a向外运动的局部高温材料压出物，并保持虚线T28a及虚线T28之间合适的腹板深度dw。在虚线T28a和T28之间所限定的板坯腹板部分被压制成小于起始厚度ts的中间厚度，且应同时使板坯从其起始板坯深度值ds缩减为深度T22。
当进行本方法时，腹板辊间的距离在步骤n中逐步减小，以便使板坯中央部分处的中间板坯厚度tn由其起始值ts进一步减小。为产生每一腹板辊间距离的中间变化，应使虚线T28附近的凸缘辊以递增步骤n进一步靠近腹板部分，以使深度T22由其起始值ds被进一步减小。
当板坯T12在腹板及凸缘辊中间反复通过时，位于虚线T28及外边缘面T30之间的区域26b内的高温金属被迫沿相反方向作远离板坯中央平面T32的运动。如图中箭头T33所示，高温金属在一个方向上受到压力以便使板坯区域T26b的厚度超过起始板坯厚度ts。
如图6所示，在轧辊制造出一具有腹板厚度tw和凸缘厚度tf的产品之前，应对所述腹板和凸缘辊作进一步的位置递增调整。在后期轧制阶段，利用轧边辊(未示出)使凸缘厚宽度达到理想的最终值bf。所述轧边辊以相反方向对凸缘端部进行压制，(如图1中箭头36所示)所述方向应与腹板辊所施加的力平行。
图6所示为九次渐进轧制调整或步骤，用以将图5中所示的板坯轧制成T-型制品。此外，这仅是一个实施例。渐进步骤数目可大于或小于图中所示的步骤数目。轧制设定点间的压缩量(距离)大大受到了适于轧制所述形状的所述轧机能量的限制。
在九级渐进步骤中的每一步骤之后，板坯T12的边缘面T30通过板坯压制而被移到了图6中数字1-8所示的位置。同时，腹板区域内的上、下相对表面T26a被对应地压制成图6中数字1′-8′分别所示的尺寸，其中上述腹板区域由腹板辊宽度及虚线T28a和T28限定。在T-型部件的制造中，轧制运动应不沿边缘面T30a和T30对称，但是应对称于上、下表面T26a。当进行加工且板坯宽度由起始板坯尺寸ds缩减至板坯宽度尺寸T22寸，高温金属便沿图中箭头T33所示的两个方向远离板坯中央平面T32。因此，凸缘T14的最终形状便在与腹板和凸缘辊设定点相应的渐进步骤中形成，所述凸缘辊能逐渐替代凸缘区域1″-8″。所述板坯T12一次性通过每一设定点，并且在所述实施例中完成九次通过。
在每一轧制设定点间完成九次所述通过后，便由板坯T12制得了一图6中所示的成品T-型制品。通过腹板和凸缘辊的最后设定点形成了一腹板厚度tw，一凸缘厚度tf，且轧边辊(未示出)制出了数值为bf的凸缘宽度。成品凸缘型材的深度由形成腹板的腹板宽度以及凸缘厚度限定，板坯每次通过轧制设定点的计算与以上所给出的H-型凸缘型材的实施例相同。
在图7和8中绘出了一种利用本发明中加工步骤所能制得的不同凸缘型材的另一实施例。这些图示表明了由一板坯C12至槽型或C-型凸缘型材的制作，其中板坯具有一选定的板坯长度L，厚度ts及与图7中起始板坯深度值ds相等的深度C22。
如前所述，在板坯C12被送入一万能轧机之前，在一再加热炉中将其再加热至轧制温度。所述万能轧机包括与C-型产品的最终腹板深度dw相应的水平辊或腹板辊。所述腹板辊应作用于虚线C28间的腹板区域内的板坯C12上表面C26a。同时，凸缘辊作用于虚线C28附近的板坯边缘面C30。虚线C28间所限定的板坯腹板部分被腹板辊压制成小于起始板坯厚度ts的中间厚度，且同时板坯从其起始深度值ds被减小至板坯深度C22。
当进行本方法时，可调腹板辊间的距离在步骤n中逐步减小，以便使板坯中央部分C26a处的中间板坯厚度tn由其起始值ts进一步减小。为能产生腹板辊处的每个渐进变量，应使凸缘辊以递增步骤n进一步靠近腹板部分，以使深度C22由其起始值ds被进一步减小。
当板坯C12在腹板及凸缘辊中间反复通过时，位于虚线C28及外边缘面C30之间的区域C26b内的高温金属被迫沿相反方向作远离板坯中央平面C32的运动。如图中箭头C33所示，高温金属在一个方向上受到压力以便使板坯区域C26b的厚度超过起始板坯厚度tn。
如图8所示，在轧辊制造出一具有腹板厚度tw和凸缘厚度tf的成品C-型制品之前，应对所述腹板和凸缘辊作进一步的位置递增调整。利用轧边辊(未示出)使凸缘厚宽度达到理想的最终值bf，并沿向上方向支承和引导延展的金属。所述轧边辊以相反方向对凸缘端部和腹板底部进行压制，(如图1中箭头36所示)所述方向应与腹板所施加的力平行。
图8所示为九次渐进轧制调整或步骤，用以将图7中所示的板坯轧制成C-型制品。此外，这仅是一个实施例。渐进步骤数目可大于或小于图中所示的步骤数目。轧制设定点间的压缩量(距离)大大受到了适于轧制所述形状的所述轧机能量的限制。
在九级渐进步骤中的每一步骤之后，板坯C12的相对边缘面C30通过对板坯的压制而被移到了图6中数字1-8所示的位置。同时，由腹板辊宽度所限定的腹板区域C26内的上表面C26a被对应地压制成图6中数字1′-8′分别所示的尺寸。并且同时，底部轧辊作用于整个深度C22以控制沿底面C26向外排出的局部高温材料。在C-型部件的制造中，轧制运动沿边缘面C30对称，且可不对称于上下面C26a和C26。当成型加工且板坯深度C22由起始板坯尺寸ds缩减时，如图中箭头C33所示，高温金属便沿一个方向远离板坯中央平面C32。因此，凸缘C14的最终形状便在与凸缘辊轧制设定点相应的渐进步骤中形成，所述辊能逐渐替代凸缘区域1″-8″。所述板坯C12应一次性通过轧辊的每一设定点，并且在所述实施例中应完成九次通过。
在每一轧制设定点间完成九次所述通过后，便由板坯C12制得了一图8中所示的成品C-型制品。通过腹板和凸缘辊的最后设定点形成了一腹板厚度tw，一凸缘厚度tf，且轧边辊(未示出)制出了数值为bf的凸缘宽度。成品凸缘型材的深度由形成腹板的腹板宽度以及凸缘厚度限定，对于每次板坯通过轧制设定点的计算与以上所给出的H-型凸缘型材的
实施例相同。
因此，仅利用传统的轧制设备便能够直接将矩形板坯制成宽缘凸缘型材，所述传统的轧制设备可仅为一万能轧机及轧边辊。通过调节所述板坯的深度ds，便能通过一给定的腹板辊组制造出多种产品。此处，所有成品均具有相同的内腹板深度24。因此，减少了对设备的要求。通过在第一轧制步骤前对工件的一次性而加热而节省了能量，并提高了产量，降低了残次品率，且易于生产。
                            表A
                    W24L×62宽凸缘型材梁
道次或步骤           dncm            (inch)     dwncm      (inch)     twncm         (inch)     bfncm        (inch)     tfncm        (inch)     Awncm2       (inch2)     Afncm2       (inch2)     Awn/Afn
板坯n  113,993 (44.879) 57,302 (22.560) 20,320 (8.000) 20,320 (8.000) 24,531 (9.658) 1164,385 (180.480) 498,451 (77,260)     2.336
 n+1  101,801 (40.079) 57,302 (22.560) 18,184 (7.159) 20,048 (7.893) 22,248 (8.759) 1041,979 (161,507) 446,051 (69,138)     2.336
 n+2  97,107 (38.231) 57,302 (22.560) 16,048 (6.318) 19,779 (7.787) 19,903 (7.836)  919,572 (142,534) 393,651 (61,016)     2.336
 n+3  92,291 (36.335) 57,302 (22.560) 13,912 (5.477) 19,507 (7.680) 17,493 (6.887)  797,166 (123,561) 341,251 (52,894)     2.336
 n+4 87,335 (34.384) 57,302 (22.560) 11,755 (4.636) 19,235 (7.573) 15,016 (5.912)  674,760 (104.588) 288,851 (44,772)     2.336
 n+5 82,230 (32.374) 57,302 (22.560)  9,637 (3.794) 18,966 (7.467) 12,464 (4.907)  554,534  (85.953) 236,393 (36,641)     2.336
 n+6 76,980 (30.310) 57,302 (22.560)  7,501 (2.953) 18,694 (7.360)  9,843 (3.875)  429,806  (66.620) 183,993 (28,519)     2.336
 n+7  71,587 (28.184) 57,302 (22.560)  5,364 (2.112) 18,423 (7.253)  7,142 (2.812)  307,399  (47.647) 131,593 (20,397)     2.336
n+8  66,027 (25.995) 57,302 (22.560)  3,228 (1.271) 18,151 (7.146)  4,364 (1.718)  184,993  (28.674)  79,193 (12,275)     2.336
n+9 60,300 (23.740) 57,302 (22.560) 1,092 (0.430) 18,153 (7.140) 1,499 (0.590) 62,587 (9.701) 26,793 (4.153) 2.336

Claims (16)

1．从板坯制造具有预定尺寸和形状的凸缘型材的方法，所述凸缘型材具有腹板与凸缘面积比Aw/Af，该方法包括步骤：
a)在不对板坯预成形的情况下，将其送入万能轧机中，其中所述板坯具有厚度ts及预定板坯深度ds的矩形截面；
b)在万能轧机中的相对腹板辊间，将所述板坯的腹板部分压制出中间厚度tn，其中至少一个腹板辊具有轧制宽度，该宽度等于所述凸缘型材中预定尺寸的腹板深度dw；
c)利用万能轧机中的至少一个凸缘辊，并与步骤(b)基本同步，将所述板坯深度ds压制成中间深度dn，所述至少一个凸缘辊用于压制位于未被所述相对辊压制的区域内的凸缘部分，并使所述凸缘部分以与所述腹板部分基本垂直的方向延伸；
d)对所述相对辊中的至少一个腹板辊进行渐进式调节以减小中间厚度tn，对所述至少一个腹板辊进行渐进式调节以减小中间深度dn；
e)在所述相对腹板辊及至少一凸缘辊间同时压制所述板坯以逐步进一步减小所述中间厚度tn，并逐步进一步减小所述中间深度dn且以与所述腹板部分基本垂直的方向进一步延展所述凸缘部分；及
f)重复步骤(d)和(e)，直至所述中间厚度tn等于所述凸缘型材预定尺寸中的腹板厚度tw为止。
2．根据权利要求1所述的方法，该方法还包括步骤：
从万能轧机中轧边辊装置间通过时，所述板坯的所述凸缘部分以垂直所述腹板部分的方向延展，所述轧边辊装置将所述凸缘部分加工成最终尺寸，该尺寸应与所述凸缘型材的预定尺寸中的凸缘宽度bf相对应。
3．根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述腹板至少在所述相对腹板辊和所述至少一凸缘辊间作最后一次通过压制期间，应使所述轧边辊装置作用于所述腹板。
4．根据权利要求3所述的方法，其特征在于：为限制沿垂直于所述腹板部分方向沿伸的所述凸缘部分，将轧边辊与所述腹板辊平行动作，所述凸缘部分不被所述腹板辊压制到最终尺寸，此最终尺寸对应于预定尺寸的所述凸缘型材的凸缘宽度bf。
5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：为在所述板坯上产生每一所述渐进变量，应将所述相对腹板辊及所述至少一凸缘辊调节至预定设定点，以提供中间腹板部分与中间凸缘部分的面积比Awn/Afn，该面积比应等于所述所述凸缘型材的所述腹板与凸缘面积比Aw/Af。
6．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述腹板交替通过所述相对腹板辊和所述至少一凸缘辊。
7．根据前面权利要求1所述的方法，其特征在于：对板坯厚度和深度的每个渐进缩减(量)进行一次性通过。
8．根据前面权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(a)的所述板坯包括：
a)起始板坯厚度≥4tw，及
b)起始板坯深度ds=(dw)[1+2(Aw/Af)-1]其中；
ⅰ)Aw=(dw)(tw)，且Af=(tf)(bf)，且
ⅱ)dw=深度，及bf=所述凸缘型材的所述预定尺寸的凸缘宽度。
9．根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
a)选择用于在多个步骤n中能渐进式调节所述相对腹板辊的腹板辊设定点，及
b)通过确定中间腹板面积Awn=(twn)(dw)，计算每一步骤n的相应凸缘辊设定点，其中
i)twn=步骤n的中间腹板厚度，及
c)利用所述Awn计算在所述步骤n中的中间凸缘辊面积Afn，所述Afn=Awn(Aw/Af)-1。
10．根据权利要求9所述的方法，其特征在于：
a)计算用于每一所述腹板辊设定点的所述凸缘辊设定点，以使tfn=Afn/bfn，其中
i)tfn为中间凸缘厚度，且bfn为中间凸缘宽度，且
b)在每一所述步骤n中，保持中间腹板与凸缘面积比Awn/Afn等于所述凸缘制品所述预定尺寸中的腹板凸缘面积比Aw/Af。
11．根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述板坯在压制之前被再加热。
12．根据权利要求11所述的方法，其特征在于：在步骤c)中，所述板坯在一对凸缘辊之间通过，所述凸缘辊的旋转轴线应与所述腹板辊的旋转轴线垂直，用于将所述腹板辊宽度ds压制成所述中间宽度dn，作为所述辊对的上述压制道次的结果，在未被腹板辊压制区域内的所述腹板部分沿大致垂直于凸缘辊间的所述板坯的所述通过方向延伸。
13．根据权利要求12所述的方法，其特征在于：步骤a)中的所述板坯横截面大致为矩形。
14．根据权利要求13所述的方法，其特征在于：步骤a)中板坯横截面由以下公式计算
   ds=(d-2tf)〔1+2(Aw/Af)-1〕及
其中d=成品宽凸缘型材的深度
   tf=最终凸缘厚度
   tw=最终腹板厚度，及
   Aw=(d-2tf)(tw)
   Af=hftf。
15．根据权利要求14所述的方法，其特征在于：在选定了所述水平辊对的设定点后，通过确定与twn(d-2tf)相等的中间腹板面积Awn，计算出每一步骤n中所述立式辊对的相应点，其中twn为中间腹板厚度，并利用计算的Awn值，进一步计算出相应中间凸缘面积：
      Afn=Awn(Aw/Af)-1。
16．根据权利要求15所述的方法，其特征在于：相对于所述水平辊的每一设定点，计算出所述立式辊的设定点，以使tfn=Afn/hfn，其中tfn为中间凸缘宽度，且应保持Awn/Afn等于Aw/Af。
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