專利名稱：直縫焊管排輥成形變半徑彎曲方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種直縫焊管制造技術領域的方法，具體是一種基于變形盲區(qū)的直縫焊管排輥成形變半徑彎曲方法。
背景技術：
直縫焊管生產(chǎn)一般是采用輥彎成形工藝。輥彎成形工藝是通過順序配置的多道次成形軋輥，把金屬帶鋼從平直狀態(tài)逐漸彎曲成特定截面的一種塑性加工技術。早期傳統(tǒng)輥彎成形機組的構造是平輥和立輥交叉布置，主要用于生產(chǎn)小直徑焊管，后來經(jīng)過不斷改進， 早期的成形機組逐漸演變成為平、立輥加立輥組的形式，可生產(chǎn)管徑也由小直徑發(fā)展為中直徑，此后為了克服傳統(tǒng)輥彎成形中邊緣變形和回彈過大以及成形立輥共用性差的缺點， 進而發(fā)展出排輥成形工藝。排輥成形是指帶鋼被兩排若干組被動小輥連續(xù)彎卷成管筒的輥彎成形工藝，即在焊管坯的連續(xù)排輥成形過程中，利用三點彎曲原理，在精成形(封閉孔型)前采用一組或多組位置可調(diào)的被動小輥機架，代替普通輥式成形的若干主動水平機架和被動立輥機架，帶鋼可按所設計的孔型系統(tǒng)變形成管筒。由于排輥成形工藝具有帶鋼回彈小、邊緣成形質(zhì)量好以及軋輥共用性強的特點，目前不僅世界上新投產(chǎn)的中等直徑焊管機組大多都采用排輥式成形，而且過去傳統(tǒng)的輥式成形機組也都紛紛改造成排輥式成形。排輥成形工藝被認為是目前焊管生產(chǎn)技術發(fā)展的趨勢。典型的直縫焊管排輥成形機組模型如

圖1所示，沿著帶鋼成形方向，其構成共分為五個部分，分別是夾送道次，彎邊道次，預成形段，線成形段以及精成形段。帶鋼經(jīng)夾送輥裝置進入成形段，在彎邊輥的作用下對帶鋼進行預彎曲，彎邊之后的帶鋼在預成形段進一步彎曲，預成形段的四個內(nèi)成形上輥使帶鋼的中間部位彎曲，兩組非驅(qū)動的外成形排輥群使帶鋼邊部繼續(xù)彎曲并防止回彈，一對粗成形壓下輥(BD)使帶鋼進一步彎曲，并為帶鋼提供動力，使帶鋼不斷向前行進。線成形段共分成三個子排輥段，每個子段包括對稱布置的兩組非驅(qū)動的外成形排輥群，布置在外成形排輥段之間非驅(qū)動的內(nèi)成形輥，以及非驅(qū)動的下支撐輥，帶鋼經(jīng)過線成形段時，逐漸彎曲成圓筒狀。精成形段包括三個四輥機架(Fpl Fp3)，中間及邊部精成形導輥，帶鋼經(jīng)過精成形段后截面輪廓基本上變成圓形。焊管輥彎成形屬于多道次連續(xù)彎曲成形，各道次的變形量分配方法決定了帶鋼成形中的空間形位，對于成形質(zhì)量至關重要。成形工藝過程中帶鋼的成形量分配是影響帶鋼變形模式、獲得合理截面花型形態(tài)的直接因素，是排輥成形機組中所有成形軋輥的輥形參數(shù)和輥位參數(shù)設計的前提依據(jù)和基本目標。合理設計成形量可以有效減少成形過程中帶鋼的邊緣延伸率、塑性變形以及殘余應力的大小，從而抑制邊浪、鼓包等成形缺陷的產(chǎn)生，減少產(chǎn)品的廢品率，提高帶鋼成形質(zhì)量。如圖2所示，傳統(tǒng)輥式成形工藝主要以平輥的壓彎成形為主，而排輥成形工藝主要是以基于三點彎曲原理的空彎成形為主。傳統(tǒng)的輥彎成形中壓彎變形的輥形約束力強，實彎段充分，但軋輥孔型基本沒有兼容性。排輥成形的三點彎曲模式更符合直縫焊管變形的特點，能夠有效地減少邊緣變形，增加軋輥的共用性，同時滿足了焊管生產(chǎn)的低輥耗要求。由于兩種工藝在成形原理上存在本質(zhì)區(qū)別，傳統(tǒng)輥彎成形工藝所普遍采用的道次間變形量分配方法，如中心彎曲成形法、圓周彎曲成形法、邊緣彎曲成形法、雙半徑彎曲成形法等[孫佳.焊管多半徑孔型設計.焊管，2009,32(3) :42-44;高清軍， 劉峰玲.中小直徑直縫焊管三點彎曲輥式成型工藝及應用.焊管，2006，四(3) :53-56.]，無法正確反映排輥成形過程中帶鋼橫向彎曲變形的特點，不能有效地適用于直縫焊管排輥成形工藝。雙半徑彎曲成形方法中兩個半徑差較大，在相交處帶鋼的應力不連續(xù)，過小的邊部半徑又使得成形過程中變形量分配不合理，產(chǎn)生了多余的應力和變形，造成了帶鋼的不均勻磨損，產(chǎn)生更多的能耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種直縫焊管排輥成形變半徑彎曲方法，解決了現(xiàn)有技術中以空彎成形為主的直縫焊管排輥成形工藝，由于帶鋼和外側成形排輥處于不完全接觸狀態(tài)，造成帶鋼上總是存在一定的區(qū)域無法直接與成形軋輥接觸而形成變形盲區(qū)的缺陷，如圖3所示。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明通過采用下山法成形的帶鋼成形中的縱向變形形式以及帶鋼橫向彎曲模式，并根據(jù)成形過程中帶鋼空間形位得到帶鋼橫向三個彎曲段以及帶鋼邊緣橫向、縱向位置，最終以此進行焊管的制造。所述的縱向變形形式是指沿成形方向下山底線取二次形式，即y = lx2+mx+n，下山量取0. 4 1. 2D，D為成品管直徑。所述的帶鋼橫向彎曲模式是指將帶鋼的橫向彎曲分為中心彎曲段2 、非充分彎曲段即變形盲區(qū)段^以及邊緣彎曲段$三個部分，其中a)中心彎曲段:S的長度由變形盲區(qū)起點確定，在排輥成形過程中，中心彎曲段^ 的變形規(guī)律與圓周彎曲法類似，如圖4所示，其曲率半徑P i由無窮大逐步趨近最終成品管半徑，該段的彎曲角度θ工由邊緣水平投影確定；b)非充分彎曲段即變形盲區(qū)段P的長度由變形盲區(qū)起點和終點共同決定，變形盲區(qū)相對位置的范圍為0. 47 0. 73，P段的彎曲角度θ 2恒定，P段的曲率半徑為最終成品管半徑的5 10倍；c)邊緣彎曲段$的長度由變形盲區(qū)的終點確定，$段的彎曲角度θ 3為定值且滿足段的曲率半徑是最終成品管半徑的1 1. 5倍。所述的成形過程中帶鋼空間形位得到帶鋼橫向三個彎曲段以及帶鋼邊緣橫向、縱向位置，包括以下步驟1)成形中帶鋼邊緣端點橫向位置當帶鋼中心底線上A點坐標為(Xa，Ya)，根據(jù)幾何關系得到邊緣端點的截面坐標(Xd，Yd)可表示為
權利要求
1.一種直縫焊管排輥成形變半徑彎曲方法，其特征在于，通過采用下山法成形的帶鋼成形中的縱向變形形式以及帶鋼橫向彎曲模式，并根據(jù)成形過程中帶鋼空間形位得到帶鋼橫向三個彎曲段以及帶鋼邊緣橫向、縱向位置，最終以此進行焊管的制造。
2.根據(jù)權利要求1所述的直縫焊管排輥成形變半徑彎曲方法，其特征是，所述的縱向變形形式是指沿成形方向下山底線取二次形式，即y = lx2+mx+n，下山量取0. 4 1. 2D,D 為成品管直徑。
3.根據(jù)權利要求1所述的直縫焊管排輥成形變半徑彎曲方法，其特征是，所述的帶鋼橫向彎曲模式是指將帶鋼的橫向彎曲分為中心彎曲段^、非充分彎曲段即變形盲區(qū)段 ^以及邊緣彎曲段$三個部分，其中a)中心彎曲段2 的長度由變形盲區(qū)起點確定，在排輥成形過程中，中心彎曲段2 的曲率半徑由無窮大逐步趨近最終成品管半徑，該段的彎曲角度θ工由邊緣水平投影確定；b)非充分彎曲段即變形盲區(qū)段P的長度由變形盲區(qū)起點和終點共同決定，變形盲區(qū)相對位置的范圍為0. 47 0. 73，P段的彎曲角度θ 2恒定，P段的曲率半徑為最終成品管半徑的5 10倍；c)邊緣彎曲段$的長度由變形盲區(qū)的終點確定，$段的彎曲角度θ3為定值且滿足 $段的曲率半徑是最終成品管半徑的1 1. 5倍。
4.根據(jù)權利要求1所述的直縫焊管排輥成形變半徑彎曲方法，其特征是，所述的成形過程中帶鋼空間形位得到帶鋼橫向三個彎曲段以及帶鋼邊緣橫向、縱向位置，包括以下步驟1)成形中帶鋼邊緣端點橫向位置當帶鋼中心底線上A點坐標為(Xa，Ya)，根據(jù)幾何關系得到邊緣端點的截面坐標(Xd，Yd)可表示為
全文摘要
一種直縫焊管制造技術領域的直縫焊管排輥成形變半徑彎曲方法，通過采用下山法成形的帶鋼成形中的縱向變形形式以及帶鋼橫向彎曲模式，并根據(jù)成形過程中帶鋼空間形位得到帶鋼橫向三個彎曲段以及帶鋼邊緣橫向、縱向位置，最終以此進行焊管的制造。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術中以空彎成形為主的直縫焊管排輥成形工藝，由變半徑彎曲法計算得到的帶鋼成形截面輪廓與采用該方法生產(chǎn)后所測量的結果吻合性較好。
文檔編號B21D5/12GK102266885SQ201110199539
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權日2011年7月15日
發(fā)明者任強, 唐鼎, 李大永, 蔣勁茂 申請人:上海交通大學, 無錫凱博易機電科技有限公司