拱架用H型钢的冷弯成型制造工艺

刘 奇

（济南重工股份有限公司，济南 250109）

拱形结构具有受力均匀、结构简单、施工快捷等特点，在现代隧道施工中，由于隧道的宽度不断加宽，隧道施工中型钢加工成拱架用于支撑上方岩土，增强隧道安全。

拱架一般采用型钢结构，而型钢弯曲方法有冷弯和热弯两种。对弯曲半径小、形状复杂、批量少的弯曲件，通常采用加热后手工弯曲；对于批量生产、弯曲质量要求较高的弯曲件一般采用机械冷弯，机械冷弯翼板在型钢弯曲机、卷板机、撑直机或弯管机上进行，也可以在压力机压弯、拉弯机或拉弯模拉弯。

1 工艺措施[1-2]

型钢弯曲时，由于重心线与力的作用线不在一个平面上，所以，型钢除受弯曲力矩外还受扭矩的作用，使型钢截面产生畸变。考虑在H型钢的生产中会出现褶皱情况，因此，采用并联的方式来减少腹板出现褶皱及扭曲变形的情况。如图1所示。

图1 H型钢并联示意图

某拱架结构由H型钢组成，腹板为8mm，翼板为6mm，高度为150mm的型钢，展开长度约5m，共6根，根据工期紧、制作要求严格、批量小的特点，经综合分析，适用100卷板机完成，具体制造工艺如下。

将6根H型钢并排放置。将H型钢件间段焊牢固，以吊装过程中不开裂为准，并将超过H型钢翼板面的焊缝磨掉。

按图纸直径要求制作样板，样板的弦长不小于1.5m。

H型钢按内径展开并在两侧各延长400mm作为引板。

将组焊好的H型钢按下图放置卷板机内，放置时使H型钢与卷辊间成90°，以尽量减少H型钢的变形，如图2所示。

将卷板机上辊下压至H型钢上平面，注意下压力量以卷板机上辊转动时，能够带动H型钢移动即可。开动卷板机使H型钢来回移动几次，检测H型钢是否发生位移，检验H型钢与卷板机上辊是否成90°。根据实际情况，重新调整H型钢的位置。

下压卷板机上辊，位移量控制在5mm左右，开动卷板机使H型钢来回移动，注意观察H型钢翼板是否出现褶皱。一般来讲，如果下压位移量过大，很容易使H型钢的翼板出现褶皱。所以，下压的位移量尽量小，且移动速度要慢。第一次进行卷制时，在不增加下压位移量时，使卷板机上辊多移动几次。

逐步增加下压位移量的次数，卷制过程中密切注意H型钢的变化，并用样板检查H型钢的弧度。当H型钢的成型弧度完全符合样板的弧度后，在不增加下压位移量的同时，保持卷板机的压力不变时，使卷板机多运行几次，以稳定H型钢的弧型尺寸，如图3所示。

图2 H型钢放置示意图

图3 H型钢辊压示意图

将H型钢吊离卷板机，并把H型钢分离成单体。焊接处应焊补修磨。

在6m的平台上按图纸尺寸画出H型钢的弯曲直径，并打样冲做好标记。分别将H型吊至平台，检验H型钢的弯曲弧度与平台样板弧度是否相符。

2 冷弯H型钢滚弯易出现的问题[3-4]

2.1 变形矫正

H型钢局部弯曲变形可以应用火焰加热法矫正，利用不均匀的加热使结构获得发现的变形来补偿或抵消原来的变形，根据此矫正原理，加热位置必须取在型钢弯曲部位的凸起处。画出火焰矫正加热区（通常是采用三角法）。加热区由若干个小的三角区组成。加热时可由1～3个“烤把”间隔加热，中心区温度要高一些。冷却时，可采用缓冷或急冷，视情况而定。火焰矫正注意事项，根据构件的变形情况，确定加热的位置及加热顺序，加热温度最好控制在600～650℃，矫正时在槽钢的两边同时向一个方向进行线性摆动式加热，加热宽度视变形大小而定。

2.2 回弹问题

回弹是材料变形时的特征，型钢的弯曲变形可分为两个阶段。第一阶段为弹性变量阶段，型钢在最初加载时处于弹性弯曲阶段，当加载力矩逐渐增大，型材逐步由弹性变形进入第二阶段——塑性变形阶段。

采用公式（1）计算型钢弯曲前的曲率半径，在型钢弯曲回弹后，通过测量其误差不超过1%，完全满足生产要求。

式中，R前为零件弯曲前曲率半径；R零件为零件图纸要求曲率半径；H为弯曲零件高度。

2.3 扭转变形问题

型材在传统滚弯机上采用通用滚轮进行滚弯时，在滚轮表面上由于摩擦力不等，很容易出现扭转变形。消除变形的原则是：在左右弯曲滚轮之间的滚轮变形区域内，应使腹板与翼板在垂直于型材的平面内的自由度为零，即在此变形区域内腹板与翼板的两侧均须加以足够约束。以防止滚弯过程中控制产生任何微小变形的可能性。

在卷板机上采用并联的方式可有效解决扭曲变形，卷板机下压量均匀，使H型钢受力均匀，基本可以避免扭转变形。

3 结语

H型钢冷弯成型工艺装置具有很好的实用价值，充分利用现有的资源，既解决了问题，也降低了成本，不失为一种成型方法。该工艺措施经过实践，结果表明，完全符合图纸技术要求。由于采用了将H型钢成排卷制工艺，将生产效率提高72%，人工费用节省近50%。该工艺措施除应用于H型钢弯制外，还可以加工角钢等多种型钢。