一种高强型钢方矩形管的冷弯成型工艺的制作方法

本发明涉及钢管成型领域，具体涉及一种高强型钢方矩形管的冷弯成型工艺。

背景技术：

高强钢方矩形管产品，常应用于汽车行业。随着能源危机和环境问题，节能减排已经成为汽车制造业最重要的出发点。高强钢产品的应用，对于车身的减轻效果最为明显，可以降低汽车油耗、减少排放。现有的高强钢方矩形管的冷弯成型方式基本上同普通材质的方矩形管，采用直接成型的方式。但是对于高强钢，例如屈服强度≥700mpa的高强钢，由于高强钢不易减径与延伸，与常规材料相比，采用普通方矩形管的成型工艺不能得到合格的产品。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种高强型钢方矩形管的冷弯成型工艺，以提高高强型钢方矩形管的成型质量。

为实现上述目的，本发明提供一种高强型钢方矩形管的冷弯成型工艺，用以将高强钢板带加工成高强型钢方矩形管，所述冷弯成型工艺依次包括以下步骤：

s1、根据高强型钢方矩形管的边长尺寸，沿高强钢板带宽度方向，将高强钢板带划分为左上边段、左边段、下边段、右边段和右上边段；所述左上边段、左边段、下边段、右边段和右上边段在高强型钢方矩形管成型后分别形成高强型钢方矩形管的上边左半段部、左边部、下边部、右边部和上边右半段部；

s2、使左上边段相对于左边段进行弯折变形，弯折完成后左上边段与左边段之间的内夹角a为95°-105°、且两者连接处形成弯角部a；使右上边段相对于右边段进行弯折变形，弯折完成后右上边段与右边段之间的内夹角d为95°-105°、且两者连接处形成弯角部d，所述左上边段和右上边段的弯折方向相同；

s3、使左边段相对于下边段进行弯折变形，弯折完成后左边段与下边段之间的内夹角b为90°-98°、且两者连接处形成弯角部b；使右边段相对于下边段进行弯折变形，完成后右边段与下边段之间的内夹角c为90°-98°、且两者连接处形成弯角部c；所述左边段和右边段的弯折方向相同；

s4、对弯角部a、弯角部b、弯角部c和弯角部d进行弯折变形，弯折完成后，左上边段的端头和右上边段的端头相抵接、两者之间形成焊接间隙，所述内夹角b和内夹角c为90°-95°；

s5、在焊接间隙处进行焊接，焊接同时弯折弯角部a和弯角部d、且左上边段的端头与右上边段的端头位置相对；焊接完成后，所述内夹角a和内夹角d为90°-98°，所述左上边段与右上边段连接成整体，得到半成品高强型钢方矩形管；

s6、对半成品高强型钢方矩形管进行整形变形，得到成品高强型钢方矩形管。

进一步地，所述步骤s2中，所述左上边段相对于左上边段的弯折变形和右上边段相对于右边段的弯折变形为同时进行的、且弯折变形过程都分成多个变形道次进行，所述内夹角a和内夹角d的大小都随着弯折变形道次的逐渐增加而依次减小。

进一步地，所述s2步骤中，所述左上边段相对于左上边段的弯折变形、以及右上边段相对于右边段弯折变形都由上轧辊和下轧辊共同完成。

进一步地，所述s3步骤中，所述左边段相对于下边段的弯折变形和右边段相对于下边段的弯折变形为同时进行的、且弯折变形过程都分成多个变形道次进行，所述内夹角b和内夹角c的大小都随着弯折变形道次的逐渐增加而依次减小。

进一步地，所述步骤s3中，所述左边段相对于下边段的弯折变形、以及右边段相对于下边段的弯折变形都由上轧辊和下轧辊共同完成，或者都由上轧辊、下轧辊、左侧轧辊和右侧轧辊共同完成。

进一步地，所述步骤s4包括以下步骤：同时利用下轧辊挤压下边段、上轧辊挤压左上边段和右上边段、左侧轧辊挤压左边段、以及右侧轧辊挤压右边段，对弯角部a、弯角部b、弯角部c和弯角部d同时进行弯折变形。

优选地，所述上轧辊为一体式结构、且上轧辊设有凹槽，弯折变形完成后，所述凹槽与焊接间隙对准。

优选地，所述左侧轧辊和右侧轧辊设有弯角保护结构，用以保护弯角部a和弯角部d。

优选地，所述步骤s5中，在焊接间隙处采用高频焊接，且焊接的同时利用去焊渣装置对附着在上轧辊的凹槽内的焊渣进行清理。

进一步地，所述步骤s6中进行六道次整形变形，且其中两个道次采用了凸辊。

如上所述，本发明涉及的高强型钢方矩形管的冷弯成型工艺，具有以下有益效果：

通过控制弯折后左上边段与左边段之间、右上边段与右边段之间、左边段与下边段之间、以及右边段与下边段之间的内夹角，防止高强钢板带由于强度高反弹量大而导致的弯折变形后实际得到的角度不符合加工要求，保证了弯折成型质量。且在对左上边段端头和右上边段端头进行焊接的同时，弯折弯角部a和弯角部d保证左上边段端头和右上边段端头相对准，提高了焊接质量，保证了高强型钢方矩形管上边的平整度。采用本发明的冷弯成型工艺，操作简单，保证了高强型钢方矩形管的成型质量，提高了产品的合格率。

附图说明

图1为本发明中高强型钢方矩形管成型后管截面的结构示意图。

图2为形成图1高强型钢方矩形管的高强钢板带展平状态的结构示意图。

图3为本发明中高强型钢方矩形管成型过程的辊花图。

图4为本发明中左上边段和右上边段的弯折过程示意图。

图5为本发明中左边段和右边段的弯折过程示意图。

图6为本发明中利用轧辊弯折左边段和右边段的加工示意图。

图7为本发明中利用轧辊弯折左边段、右边段、左上边段和右上边段的加工示意图。

图8为本发明中挤压焊接加工的示意图。

图9为本发明中挤压焊接加工的轴侧示意图。

图10为本发明中高强型钢方矩形管整形加工的示意图。

元件标号说明

1左上边段

2左边段

3下边段

4右边段

5右上边段

6焊接间隙

7上轧辊

71凹槽

8左侧轧辊

9下轧辊

10右侧轧辊

11去焊渣装置

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供了一种高强型钢方矩形管的冷弯成型工艺，用以将高强钢板带加工成高强型钢方矩形管，参考图1至图3所示，冷弯成型工艺依次包括以下步骤：

s1、参见图1和2所示，根据高强型钢方矩形管的边长尺寸，沿高强钢板带宽度方向，，将高强钢板带划分为左上边段1、左边段2、下边段3、右边段4和右上边段5；左上边段1、左边段2、下边段3、右边段4和右上边段5在高强型钢方矩形管成型后分别形成高强型钢方矩形管的上边左半段部、左边部、下边部、右边部和上边右半段部。其中图1所示的截面为成型后的高强型钢方矩形管的管截面，图2为构成图1中高强型钢方矩形管的高强钢板带处于展平状态的结构示意图。加工前根据高强型钢方矩形管的边长尺寸，对高强钢板带进行人为的划分段，优选地，左边段2、下边段3、右边段4的长度相等，左上边段1和右上边段5的长度为左边段2长度的1/2加上焊接余量的长度，优选地，焊接余量的长度为高强钢板带厚度的一半。

s2、参见图4所示，使左上边段1相对于左边段2进行弯折变形，弯折完成后左上边段1与左边段2之间的内夹角a为95°-105°、且两者连接处形成弯角部a；使右上边段5相对于右边段4进行弯折变形，弯折完成后右上边段5与右边段4之间的内夹角d为95°-105°、且两者连接处形成弯角部d，左上边段1和右上边段5的弯折方向相同。优选地，弯折变形完成后内夹角a和内夹角d都为100°。由于高强钢的强度较大，在弯折变形过程中，弯角部a的内半径r1和弯角部d的内半径r4保证大于成型后的高强型钢方矩形管四个弯角部的内半径r，优选地，r1和r4的值为1.5r-2r，以防止弯角过小产生开裂。除了弯角部外，左上边段1和右上边段5的其余部分在弯折过程中保持平直。

s3、参见图5所示，使左边段2相对于下边段3进行弯折变形，弯折完成后左边段2与下边段3之间的内夹角b为90°-98°、且两者连接处形成弯角部b；使右边段4相对于下边段3进行弯折变形，完成后右边段4与下边段3之间的内夹角c为90°-98°、且两者连接处形成弯角部c；左边段2和右边段4的弯折方向相同。优选地，弯折变形完成后内夹角b和内夹角c都为94°。优选地，在弯折过程中，弯角部b的内半径r2和弯角部c的内半径r3保证成型后的高强型钢方矩形管四个弯角部的内半径r，优选地，r2和r3的取值为1.5r～2r，以防止弯角过小产生开裂。除了弯角部外，左边段2和右边段4的其余部分在弯折过程中应尽量保持平直。

s4、参考图8所示，对弯角部a、弯角部b、弯角部c和弯角部d进行弯折变形，弯折完成后，左上边段1的端头和右上边段5的端头相抵接、两者之间形成焊接间隙6，内夹角b和内夹角c为90°-95°，优选为94°。优选地，除了弯角部外，左上边段1、左边段2、下边段3、右边段4和右上边段5的其余部分在弯折过程中应尽量保持平直。

s5、在焊接间隙6处进行焊接，焊接同时弯折弯角部a和弯角部d、且左上边段1的端头与右上边段5的端头位置相对；焊接完成后，内夹角a和内夹角d为90°-98°，左上边段1与右上边段5连接成整体，得到半成品高强型钢方矩形管；在焊接过程中，保证左上边段1的端头与右上边段5的端头等高对齐，以防止出现焊接错边及焊缝面高低不平，从而保证焊接质量以及成型后的高强型钢方矩形管上边部的平面度。

s6、对半成品高强型钢方矩形管进行整形变形，得到成品高强型钢方矩形管。整形内容包括高强型钢方矩形管四边面的平面度以及四个弯角部。

由于高强钢板带强度，在弯折变形后的反弹量大，采用普通的成型工艺难以保证弯折变形的质量，不能得到合格的产品。采用本发明的冷弯成型工艺，在高强型钢方矩形管弯折成型过程中，严格控制好弯折后左上边段1与左边段2之间、右上边段5与右边段4之间、左边段2与下边段3之间、以及右边段4与下边段3之间的内夹角的大小，避免了高强钢板带由于反弹量大而导致弯折变形后实际得到的各边段之间的内角度不符合要求，从而保证了弯折成型质量。且在对左上边段1端头和右上边段5端头进行焊接时，同时对弯角部a和弯角部d进行弯折保证左上边段1端头和右上边段5端头相对准，提高了焊接质量，保证了高强型钢方矩形管上边的平整度。采用本发明的冷弯成型工艺，操作简单，保证了高强型钢方矩形管的成型质量，提高了产品的合格率

步骤s2中，作为优选设计，参考图4所示，左上边段1相对于左边段2的弯折变形和右上边段5相对于右边段4的弯折变形为同时进行的、且弯折变形过程都分成多个变形道次进行，内夹角a和内夹角d的大小都随着弯折变形道次的逐渐增加而依次减小，其为变形第一阶段。变形第一阶段中，通过多次的变形道次，可减小弯折变形的总反弹量，保证弯折成型质量，同时防止高强钢原材料在弯折变形过程中开裂。变形道次的次数可以根据实际情况确认，优选地，本实施例中，采用四个变形道次，内夹角a和内夹角d都按照160°—140°—120°—100°的角度变化完成四次变形道次。优选地，弯角部a和弯角部d处的弯折变形采用实弯的方式，保证弯折变形的质量。作为优选设计，左上边段1相对于左边段2的弯折变形、以及右上边段5相对于右边段4弯折变形都由上轧辊7和下轧辊9共同完成，具体地，可参考图6中利用上轧辊7和下轧辊9对左边段2和下边段3的进行挤压弯折的工作示意，两者的弯折变形的工作原理一样。其中下轧辊9为组合轧辊，下轧辊9的上端具有倒梯形型空间。将高强钢板带置于下轧辊9的倒梯形型空间中，上轧辊7下端抵压在高强钢板带的上侧面、并下挤压，使得下轧辊9的倒梯形型空间两边的斜面对左上边段1和右上边段5进行挤压，弯角部a和弯角部d在上轧辊7的两个边缘处形成，此时弯角部a和弯角部d处的弯折变形为实弯。当高强钢板带的下边段3被挤压到倒梯形型空间的底部时，弯折变形过程完成。可通过调整上轧辊7下端两边缘的弧度的尺寸，来调整弯折时弯角部a内半径r1和弯角部d内半径r4的大小。

步骤s3中，作为优选设计，参考图5所示，左边段2相对于下边段3的弯折变形和右边段4相对于下边段3的弯折变形为同时进行的、且弯折变形过程都分成多个变形道次进行，内夹角b和内夹角c的大小都随着弯折变形道次的逐渐增加而依次减小，其为变形第二阶段。变形第二阶段中，通过多次的变形道次，减小弯折变形的总反弹量，保证弯折成型质量，同时防止高强钢原材料在弯折变形过程中开裂。变形道次的次数可以根据实际情况确认，优选地，本实施例中，采用九个变形道次，第五次变形道次后，内夹角b和内夹角c为110°-120°，优选为115°。优选地，弯角部b和弯角部c处的弯折变形采用实弯的方式，保证弯折变形的质量。作为优选设计，参考图6所示，前五个变形道次由上轧辊7和下轧辊9完成，其具体的弯折变形过程与上述利用上轧辊7和下轧辊9对左上边段1和右上边段5进行挤压弯折的工作原理一样，此处不再累述。可通过调整上轧辊7下端两边缘的弧度的尺寸，可调整弯折过程中弯角部b内半径r2和弯角部c内半径r3的大小。在弯折变形过程中，左上边段1和右上边段5逐渐向中间位置靠拢，内夹角b和内夹角c逐渐减小。在第五次变形道次完成后，左上边段1的端头接近弯角部b的正上方、并靠近上轧辊7，右上边段5端头接近弯角部c的正上方并靠近上轧辊7。此时更换轧辊的形式，参考图7所示，第五次之后的变形道次由上轧辊7、下轧辊9、左侧轧辊8以及右侧轧辊10共同完成，上轧辊7同时抵靠在左上边段1和右上边段5的上侧，下轧辊9抵靠在下边段3的下侧，左侧轧辊8挤压左边段2的左侧使之相对于下边段3弯折变形，同时右侧轧辊10挤压右边段4的右侧使之相对于下边段3弯折变形，内夹角b和内夹角c逐渐减小，第九个变形道次完成后，角b和内夹角c为90°-98°，优选为94°。在本实施例中，优选地，内夹角b和内夹角c按照177°—154°—141°—128°—115°—108°—102°—98°—94°的角度递减完成九次变形道次。在左侧轧辊8和右侧轧辊10分别挤压左边段2和右边段4的同时，上轧辊7可以只抵靠在左上边段1与右上边段5，也可以同时挤压左上边段1和右上边段5，使弯角部a和弯角部d适当的弯折变形，优选地，弯折完成后，内夹角a和内夹角d为94°。

步骤s4中，作为优选设计，参考图8所示，在本实施例中，同时利用下轧辊9挤压下边段3、上轧辊7挤压左上边段1和右上边段5、左侧轧辊8挤压左边段2、以及右侧轧辊10挤压右边段4，对弯角部a、弯角部b、弯角部c和弯角部d同时进行弯折变形，其为变形第三阶段。变形第三阶段中，采用同时挤压的方式，四个弯角同时弯折变形，弯折变形更均匀，有利于提高弯折成型质量。作为优选设计，如图8所示，上轧辊7为一体式结构、且上轧辊7设有凹槽71，弯折变形完成后，凹槽71与焊接间隙6对准。采用一体式的上轧辊7，在挤压过程可以保证左上边段1和右上边段5保持高度相同，从而防止后续焊接时出现焊接错边及焊接间隙6面高低不平。凹槽71用于使上轧辊7避开焊接间隙6，从而保证焊接的顺利进行。

步骤s5中，作为优选设计，本实施例中，参考图9所示，左上边段1和右上边段5之间的焊接采用高频焊接的方式，且焊接的同时利用去焊渣装置11对附着在上轧辊7的凹槽71内的焊渣进行清理，挤压焊接过程为变形第四阶段。优选地，本实施例中的去焊渣装置11为一把白钢刀，白钢刀的前端深入凹槽71中。在高频焊接时，通过高频电流集肤效应和邻近效应将左上边段1的端头和右上边段5的端头加热至熔融状态，经过左侧轧辊8和右侧轧辊10侧的挤压，将焊接间隙6内多余的金属氧化物等挤出，形成内焊筋和外焊筋。在这个焊接过程中，刚从焊接间隙6中挤出的物质处于熔融状态，容易粘在挤压上轧辊7的凹槽71中。优选地。白钢刀的前端为细长形，宽度比凹槽71宽度窄1mm左右，白钢刀的前端插入凹槽71中，可以有效地清除凹槽71中的粘连物，防止凹槽71处的粘连物冷却后变硬、并随着上轧辊7的转动在产品表面上形成压痕，从而避免出现焊接质量问题。作为优选设计，左侧轧辊8和右侧轧辊10还具有弯角保护结构，在挤压左边段2和右边段4时，弯角保护结构保护弯角部a和弯角部d，以此在挤压焊接过程中，不会因为上轧辊7、左侧轧辊8、和右侧轧辊10的挤压力而导致弯角部a的内半径r1和弯角部b的内半径r4变小，同时可以保证左侧轧辊8和右侧轧辊10的挤压力很好的通过左上边段1和右上边段5传递到焊接间隙6，保证焊接质量和强度。

步骤s6中，作为优化设计，参见图10所示，整形过程中进行六道次整形变形，且其中两个道次采用了凸辊，整形变形为变形第五阶段。在变形第五阶段中，通过对整形变形防止高强钢板带因为变形反弹量大而导致整形效果差。同时因为高强钢板带强度高反弹量大，半成品高强型钢方矩形管四周面容易变成鼓形，其中两道次采用凸辊进行整形，上轧辊7、左侧轧辊8、下轧辊9、以及右侧轧辊10都采用凸辊的形式，对半成品高强型钢方矩形管的四边面进行整形，以保证四边面的平面度。

本发明涉及的高强型钢方矩形管的冷弯成型工艺，作为一种新的成型工艺，适应于高强度钢的加工成型，尤其适应于屈服强度≥700mpa的高强钢。本发明中，冷弯成型工艺采用了多变形道次的弯折成型方式，参考图3所示，为整个冷弯成型过程中每个变形道次后高强钢板带的结构示意，高强钢板带对称的两个边经辊弯变形，顺序从外向里逐渐变形，利用轧辊将高强钢板带加工成高强型钢方矩形管，克服了高强钢板带反弹量大的问题，保证了高强型钢方矩形管的成型质量，提供了产品的合格率。综上所述，发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。