专利名称：直缝焊管排辊成形变半径弯曲方法
技术领域：
本发明涉及的是一种直缝焊管制造技术领域的方法，具体是一种基于变形盲区的直缝焊管排辊成形变半径弯曲方法。
背景技术：
直缝焊管生产一般是采用辊弯成形工艺。辊弯成形工艺是通过顺序配置的多道次成形轧辊，把金属带钢从平直状态逐渐弯曲成特定截面的一种塑性加工技术。早期传统辊弯成形机组的构造是平辊和立辊交叉布置，主要用于生产小直径焊管，后来经过不断改进， 早期的成形机组逐渐演变成为平、立辊加立辊组的形式，可生产管径也由小直径发展为中直径，此后为了克服传统辊弯成形中边缘变形和回弹过大以及成形立辊共用性差的缺点， 进而发展出排辊成形工艺。排辊成形是指带钢被两排若干组被动小辊连续弯卷成管筒的辊弯成形工艺，即在焊管坯的连续排辊成形过程中，利用三点弯曲原理，在精成形(封闭孔型)前采用一组或多组位置可调的被动小辊机架，代替普通辊式成形的若干主动水平机架和被动立辊机架，带钢可按所设计的孔型系统变形成管筒。由于排辊成形工艺具有带钢回弹小、边缘成形质量好以及轧辊共用性强的特点，目前不仅世界上新投产的中等直径焊管机组大多都采用排辊式成形，而且过去传统的辊式成形机组也都纷纷改造成排辊式成形。排辊成形工艺被认为是目前焊管生产技术发展的趋势。典型的直缝焊管排辊成形机组模型如
图1所示，沿着带钢成形方向，其构成共分为五个部分，分别是夹送道次，弯边道次，预成形段，线成形段以及精成形段。带钢经夹送辊装置进入成形段，在弯边辊的作用下对带钢进行预弯曲，弯边之后的带钢在预成形段进一步弯曲，预成形段的四个内成形上辊使带钢的中间部位弯曲，两组非驱动的外成形排辊群使带钢边部继续弯曲并防止回弹，一对粗成形压下辊(BD)使带钢进一步弯曲，并为带钢提供动力，使带钢不断向前行进。线成形段共分成三个子排辊段，每个子段包括对称布置的两组非驱动的外成形排辊群，布置在外成形排辊段之间非驱动的内成形辊，以及非驱动的下支撑辊，带钢经过线成形段时，逐渐弯曲成圆筒状。精成形段包括三个四辊机架(Fpl Fp3)，中间及边部精成形导辊，带钢经过精成形段后截面轮廓基本上变成圆形。焊管辊弯成形属于多道次连续弯曲成形，各道次的变形量分配方法决定了带钢成形中的空间形位，对于成形质量至关重要。成形工艺过程中带钢的成形量分配是影响带钢变形模式、获得合理截面花型形态的直接因素，是排辊成形机组中所有成形轧辊的辊形参数和辊位参数设计的前提依据和基本目标。合理设计成形量可以有效减少成形过程中带钢的边缘延伸率、塑性变形以及残余应力的大小，从而抑制边浪、鼓包等成形缺陷的产生，减少产品的废品率，提高带钢成形质量。如图2所示，传统辊式成形工艺主要以平辊的压弯成形为主，而排辊成形工艺主要是以基于三点弯曲原理的空弯成形为主。传统的辊弯成形中压弯变形的辊形约束力强，实弯段充分，但轧辊孔型基本没有兼容性。排辊成形的三点弯曲模式更符合直缝焊管变形的特点，能够有效地减少边缘变形，增加轧辊的共用性，同时满足了焊管生产的低辊耗要求。由于两种工艺在成形原理上存在本质区别，传统辊弯成形工艺所普遍采用的道次间变形量分配方法，如中心弯曲成形法、圆周弯曲成形法、边缘弯曲成形法、双半径弯曲成形法等[孙佳.焊管多半径孔型设计.焊管，2009,32(3) :42-44;高清军， 刘峰玲.中小直径直缝焊管三点弯曲辊式成型工艺及应用.焊管，2006，四(3) :53-56.]，无法正确反映排辊成形过程中带钢横向弯曲变形的特点，不能有效地适用于直缝焊管排辊成形工艺。双半径弯曲成形方法中两个半径差较大，在相交处带钢的应力不连续，过小的边部半径又使得成形过程中变形量分配不合理，产生了多余的应力和变形，造成了带钢的不均勻磨损，产生更多的能耗。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种直缝焊管排辊成形变半径弯曲方法，解决了现有技术中以空弯成形为主的直缝焊管排辊成形工艺，由于带钢和外侧成形排辊处于不完全接触状态，造成带钢上总是存在一定的区域无法直接与成形轧辊接触而形成变形盲区的缺陷，如图3所示。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过采用下山法成形的带钢成形中的纵向变形形式以及带钢横向弯曲模式，并根据成形过程中带钢空间形位得到带钢横向三个弯曲段以及带钢边缘横向、纵向位置，最终以此进行焊管的制造。所述的纵向变形形式是指沿成形方向下山底线取二次形式，即y = lx2+mx+n，下山量取0. 4 1. 2D，D为成品管直径。所述的带钢横向弯曲模式是指将带钢的横向弯曲分为中心弯曲段2 、非充分弯曲段即变形盲区段^以及边缘弯曲段$三个部分，其中a)中心弯曲段:S的长度由变形盲区起点确定，在排辊成形过程中，中心弯曲段^ 的变形规律与圆周弯曲法类似，如图4所示，其曲率半径P i由无穷大逐步趋近最终成品管半径，该段的弯曲角度θ工由边缘水平投影确定；b)非充分弯曲段即变形盲区段P的长度由变形盲区起点和终点共同决定，变形盲区相对位置的范围为0. 47 0. 73，P段的弯曲角度θ 2恒定，P段的曲率半径为最终成品管半径的5 10倍；c)边缘弯曲段$的长度由变形盲区的终点确定，$段的弯曲角度θ 3为定值且满足段的曲率半径是最终成品管半径的1 1. 5倍。所述的成形过程中带钢空间形位得到带钢横向三个弯曲段以及带钢边缘横向、纵向位置，包括以下步骤1)成形中带钢边缘端点横向位置当带钢中心底线上A点坐标为(Xa，Ya)，根据几何关系得到边缘端点的截面坐标(Xd，Yd)可表示为
权利要求
1.一种直缝焊管排辊成形变半径弯曲方法，其特征在于，通过采用下山法成形的带钢成形中的纵向变形形式以及带钢横向弯曲模式，并根据成形过程中带钢空间形位得到带钢横向三个弯曲段以及带钢边缘横向、纵向位置，最终以此进行焊管的制造。
2.根据权利要求1所述的直缝焊管排辊成形变半径弯曲方法，其特征是，所述的纵向变形形式是指沿成形方向下山底线取二次形式，即y = lx2+mx+n，下山量取0. 4 1. 2D,D 为成品管直径。
3.根据权利要求1所述的直缝焊管排辊成形变半径弯曲方法，其特征是，所述的带钢横向弯曲模式是指将带钢的横向弯曲分为中心弯曲段^、非充分弯曲段即变形盲区段 ^以及边缘弯曲段$三个部分，其中a)中心弯曲段2 的长度由变形盲区起点确定，在排辊成形过程中，中心弯曲段2 的曲率半径由无穷大逐步趋近最终成品管半径，该段的弯曲角度θ工由边缘水平投影确定；b)非充分弯曲段即变形盲区段P的长度由变形盲区起点和终点共同决定，变形盲区相对位置的范围为0. 47 0. 73，P段的弯曲角度θ 2恒定，P段的曲率半径为最终成品管半径的5 10倍；c)边缘弯曲段$的长度由变形盲区的终点确定，$段的弯曲角度θ3为定值且满足 $段的曲率半径是最终成品管半径的1 1. 5倍。
4.根据权利要求1所述的直缝焊管排辊成形变半径弯曲方法，其特征是，所述的成形过程中带钢空间形位得到带钢横向三个弯曲段以及带钢边缘横向、纵向位置，包括以下步骤1)成形中带钢边缘端点横向位置当带钢中心底线上A点坐标为(Xa，Ya)，根据几何关系得到边缘端点的截面坐标(Xd，Yd)可表示为
全文摘要
一种直缝焊管制造技术领域的直缝焊管排辊成形变半径弯曲方法，通过采用下山法成形的带钢成形中的纵向变形形式以及带钢横向弯曲模式，并根据成形过程中带钢空间形位得到带钢横向三个弯曲段以及带钢边缘横向、纵向位置，最终以此进行焊管的制造。本发明解决了现有技术中以空弯成形为主的直缝焊管排辊成形工艺，由变半径弯曲法计算得到的带钢成形截面轮廓与采用该方法生产后所测量的结果吻合性较好。
文档编号B21D5/12GK102266885SQ201110199539
公开日2011年12月7日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年7月15日
发明者任强, 唐鼎, 李大永, 蒋劲茂 申请人:上海交通大学, 无锡凯博易机电科技有限公司