H型鋼是一種高效經(jīng)濟型材，具有力學性能優(yōu)良、斷面經(jīng)濟合理，造型美觀、便于安裝等優(yōu)點。因此，廣泛應用于建筑、鐵路橋梁、近?？碧?、石油化工等行業(yè)，成為了國民經(jīng)濟建設中人力推廣的新型綠色環(huán)保材料。
矯直是H型鋼生產(chǎn)過程中一道重要的精整工序，決定著產(chǎn)品的終質(zhì)量和精度。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及用戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，矯直技術在H型鋼生產(chǎn)中的作用越來越重要。然而，H型鋼的多輥矯直是一個相當復雜的過程，涉及到幾何、材料、接觸等多重非線性，傳統(tǒng)矯直理論無法對此類構件的矯直過程給出的描述。而實際生產(chǎn)中迫切需要的矯直理論來指導生產(chǎn)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強競爭力。結合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出從矯直變形機理、初始彎曲程度、殘余應力及有限元仿真技術應用等方面對H型鋼矯直技術展開深入研究的思想，以尋求適用于H型鋼這類薄壁構件的矯直理論。
1.H型鋼矯直原理
H型鋼在加熱、軋制、冷卻以及傳輸過程中，常因外力作用、溫度變化等原因，不可避免地在軋件中產(chǎn)生幾何缺陷和殘余應力。因此，軋制冷卻后的H型鋼需要在矯直機上進行矯直，以符合產(chǎn)品標準。
H型鋼的多輥矯直原理
金屬材料在較大的彈塑性彎曲條件下，不管其原始彎曲程度有多大區(qū)別，彈復后所殘留的彎曲程度差別都會顯著減小、甚至會趨于一致。隨著壓彎程度的逐步減小，其彈復后殘留彎曲必然會一致趨近于零值而達到矯直的目的。利用這一特性，可對H型鋼進行多輥矯直，每3個相鄰的矯直輥形成對H型鋼的一次強迫彎曲，稱為一個矯直單元或彎曲單元；以九輥矯直機為例，當軋件通過上下兩排交錯配置的矯直輥組成的輥縫時，共經(jīng)受7次反復彎曲而逐漸被矯直。
按照矯直輥所采用壓下量的人小和終消除殘余曲率的方法，對H型鋼的矯直可以分為小變形方案和大變形方案兩種。小變形矯直方案是指，每個矯直輥所采用的壓下量恰好能消除前一輥子對軋件所形成的殘余曲率，從而使軋件的殘余曲率逐漸減小的矯直方案。大變形矯直方案則是按照盡量減小第三輥處殘余曲率的原則，采用比小變形矯直方案大得多的壓下量使軋件產(chǎn)生足夠人的彎曲，使得H型鋼經(jīng)過3個矯直輥后的殘余曲率差迅速減小，后面的輥子接著采用小變形矯直方案。
2.傳統(tǒng)H型鋼矯直理論的局限性
H型鋼屬于典型的薄壁高腿異形構件，其矯直機理既不同于薄帶材，又有異于具有較大厚度和橫向剛度的一般型鋼，采用傳統(tǒng)的矯直理論來描述H型鋼在多輥矯直過程中的力學行為具有一定的局限性。
(1)H型鋼的多輥矯直過程，是一個連續(xù)反復彈塑性彎曲的復雜過程，按傳統(tǒng)理論求解構件整體彎曲時，因很難得出多支點、彈塑性、靜不定條件下的解而采用了過多的近似和簡化。
(2)傳統(tǒng)矯直理論都是基于原始曲率已知這一前提來計算反彎曲率、設置矯直工藝參數(shù)。實際生產(chǎn)中軋件的初始曲率是隨機、多值的，這樣，采用按傳統(tǒng)理論求得的工藝參數(shù)進行矯直時，不易取得理想的矯直效果。
(3)傳統(tǒng)矯直理論未考慮構件經(jīng)前置工序和前部矯直輥后所產(chǎn)生的變形和殘余應力的影響，實際上此類構件的變形受遺傳行為的影響較大。
(4)根據(jù)H型鋼斷面結構特點，矯直時采用輥子直接壓彎腹板來引起整體彈塑性變形的加載方式，矯直力主要作用于剛度較小的腹板上。這種加載方式和斷面結構特點所導致的載荷沿橫截面的特殊傳遞路徑，決定了其矯直工藝參數(shù)和終幾何形態(tài)對初始彎曲程度、殘余應力及加工工藝具有高度的敏感性。
(5)H型鋼的斷面力學特性復雜，矯直過程中存在斷面畸變現(xiàn)象，影響了工藝參數(shù)的設定及控制。傳統(tǒng)理論著重考慮構件的整體變形行為，忽略了斷面畸變的影響，這樣得到的結果對非薄壁構件影響較小，但是對于H型鋼這類薄壁構件，斷面畸變不能忽視。