CN102125942B - 梯形截面冷弯焊接异形管的成形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梯形截面冷弯焊接异形管的成形工艺，将板材经过成形、焊接和定径三个阶段加工成管材，总体轧制成型工艺采用“方变方”和“圆变方”复合工艺：在成形阶段采用“方变方”工艺将板材形成一个类似倒梯形截面，包括上底和两条侧边，但下底完全由一个大圆弧弯角构成；在定径阶段，采用“方变方”工艺将所述上底的直线段、两条侧边和两个上底弯角定径到最终尺寸，采用“圆变方”工艺将所述大圆弧弯角轧制成最终尺寸的下底直线段和两个下底弯角。本发明能够很好地成形出梯形截面异形管，能够成形出半径很小的下底弯角，从而使下底直线段的长度尽可能地大，并且在各个弯角处不会产生明显地增厚和开裂。

Description

梯形截面冷弯焊接异形管的成形工艺

技术领域

本发明涉及一种冷弯焊接异形管的成形工艺。

背景技术

如图1所示，一种梯形截面的异形管，应用在钢结构建筑上，建筑外部挂上玻璃，形成弧面屋顶和墙面。此截面形状和尺寸是钢结构设计者提出的特殊要求，是因为此建筑物内需要有足够的阳光进入，产品作为构件既要起到承载作用，同时还要减少遮光面积。该异形管的截面为倒梯形，其上底为长边，下底为短边，两条腰(侧边)等长，上底与下底的两端均设有圆角(弯角)，上底的长度(180mm)定义为上底直线段的长度以及两个上底弯角外圆弧在上底方向上的投影长度之和，下底的长度(50mm)定义为两侧边延长线与下底延长线的交点之间的距离。在下底长度非常小、只有壁厚t的4倍的情况下，要求下底两端的弯角R1、R2很小，使得下底直线段的长度≥2t，其目的是满足玻璃安装条件，而短边设计的很小是为了减少遮光，梯形的目的是能将光线反射到室内，如图2所示。

该异形管虽然是简单的梯形截面，但短边非常小，只有壁厚的4倍，特别是短边两端的弯角半径很小，R1＝R2＝1.5t，已超出了常规冷弯型钢的要求。加之其材质为低合金钢，这样，一方面在弯角处很容易产生开裂现象，其二，短边的小平面很难“冷弯”变形出来理想的直线段。

现有技术的闭口冷弯型钢(方矩管和异形管)成形工艺可分为两种形式。第一种就是“圆变方”，也就是通过圆形截面在常温状态下，经过连续或半连续辊弯变形或拉拔成所需方矩形管和异形管。连续即为从纵剪带到圆形截面至异形截面在同一条生产线上连续完成。半连续，即为使用圆管为母材变形为异形管包括方矩管，其工艺变形辊花图如图3所示。第二种工艺就是常讲的“直接成方”或“方变方”，使用纵剪带，按产品截面形状，使用辊弯成形工艺先成形后焊接再定径，其工艺变形辊花图如图4所示。中国发明专利申请CN200910017491.X公开了一种方矩型钢成型工艺方法，采用的就是这种“方变方”的工艺。

按照上述两种现有工艺进行试制，首先按“圆变方”工艺方案变形辊花进行工艺和轧辊设计，经多次参数调整，虽基本可以达到各部分的尺寸要求，但弯角处严重增厚，且弯角处经磁粉探伤有开裂现象。再按“方变方”工艺方案辊花进行工艺和轧辊设计，试制出最终产品后，发现虽然弯角处不增厚，也无开裂现象，但下底直线段长度达不到要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种梯形截面冷弯焊接异形管的成形工艺，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种梯形截面冷弯焊接异形管的成形工艺，将板材经过成形、焊接和定径三个阶段加工成管材，所述冷弯焊接异形管的截面为倒梯形，由上底、下底和两条侧边构成，上底包括上底直线段及其两端的两个上底弯角，下底包括下底直线段及其两端的两个下底弯角，总体轧制成型工艺采用“方变方”和“圆变方”复合工艺：在成形阶段采用“方变方”工艺将板材形成一个类似倒梯形截面，包括上底和两条侧边，但下底完全由一个大圆弧弯角构成；在定径阶段，采用“方变方”工艺将所述上底的直线段、两条侧边和两个上底弯角定径到最终尺寸，采用“圆变方”工艺将所述大圆弧弯角轧制成最终尺寸的下底直线段和两个下底弯角。

优选地，其中两个下底弯角的外圆弧半径小于等于板材厚度的1.5倍。

优选地，在成形阶段，先对板材两侧进行数道次辊轧，形成两个上底弯角；然后，对板材的中间进行数道次辊轧，形成下底的一个大圆弧弯角，并使板材闭合，形成类似倒梯形截面，闭合的接缝位于上底直线段的中点。

优选地，在定径阶段，两条侧边的尺寸诸道次从高变低，同时上底弯角诸道次从大变小，而上底直线段尺寸诸道次从小变大。

本发明的有益效果是：本发明创造性地结合了“圆变方”和“方变方”两种工艺的特点，能够很好地成形出梯形截面异形管，在保证下底(短边)总长度很小的前提下，能够成形出半径很小的下底弯角，从而使下底直线段的长度尽可能地大，并且在各个弯角处不会产生明显地增厚和开裂。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是一种梯形截面异形管的示意图。

图2是这种梯形截面异形管用于建筑结构上，可以减少遮光的原理示意图。

图3是单纯运用现有的“圆变方”工艺制造梯形截面异形管的工艺变形辊花示意图。

图4是单纯运用现有的“方变方”工艺制造梯形截面异形管的工艺变形辊花示意图。

图5是本发明一种梯形截面异形管复合成形工艺在成形阶段的工艺变形辊花示意图。

图6是本发明成形工艺在焊接阶段后形成的一种过渡截面的示意图。

图7是本发明复合成形工艺在定径阶段的工艺变形示意图。

具体实施方式

以图1所示的梯形截面异形管为例，来说明本发明的复合成形工艺。该管截面为倒梯形，由上底、下底和两条侧边构成，上底包括上底直线段及其两端的两个上底弯角，下底包括下底直线段及其两端的两个下底弯角，它的外形尺寸：上底宽180mm、下底宽50mm(其中下底直线段不小于24mm)、高230mm、板材厚度t＝12mm、上底弯角R3＝R4＝23mm、两个下底弯角的外圆弧半径要求小于等于板材厚度的1.5倍，R1＝R2＝1.5t＝18mm，采用的材质为S355J。

基于现有技术的两种工艺方案都不能完全满足产品形状和尺寸要求，本发明采用一种复合的工艺方法，来成形上述梯形截面异形管，具体步骤如下。

本发明成形工艺采用板材为原料，经过成形、焊接和定径三个阶段加工成管材。

其中，在成形阶段采用“方变方”工艺。如图5所示，先对板材两侧进行数道次辊轧变形，形成上底过渡尺寸及两个上底弯角；然后，对板材的中间进行数道次辊轧变形，形成下底的一个大圆弧弯角，并使板材闭合，形成类似倒梯形截面，包括上底和两条侧边，但下底完全由一个大圆弧弯角构成，闭合的接缝位于上底直线段的中点。

然后，对接缝进行焊接，形成的过渡截面如图6所示。在“方变方”成形阶段的过渡尺寸参数设计：

下底的大圆弧弯角半径接近定径后最终尺寸的两倍，设计为R＝35mm；

下底宽度的过渡尺寸为55mm，按增加变形量10％设计；

两个上底弯角半径的过渡尺寸大于定径后的最终尺寸，设计为R3＝R4＝37mm；

上底宽度的过渡尺寸小于定径后的最终尺寸，按170mm设计；

两条侧边的高度的过渡尺寸大于定径后的最终尺寸，按250mm设计，

计算料宽B＝649mm。

由于上述过渡尺寸的合理设计，利用常规的“方变方”工艺就可以达到。

在定径阶段，对上底和两条侧边仍采用普通的“方变方”定径工艺，即可将上底直线段、两个上底弯角和两条侧边的高度整形定径到最终尺寸。如图7所示，焊接后的过渡截面经过a、b、c、d四个道次的定径，两条侧边的高度诸道次从高变低，同时上底弯角半径诸道次从大变小，而上底宽度则从小变大。对于下底来说，本发明在定径阶段采用局部“圆变方”工艺整形定径到最终尺寸。如图7所示，经过a、b、c、d四个道次的定径，此部分由一个大圆弧变成两个小圆弧弯角和一个直线段底边，两个下底弯角诸道次从大变小，而下底直线段的长度则诸道次从小变大。

定径阶段的工艺参数设定如下表一。

表一定径量参数

产品外形	高度方向	上底宽度	下底(短边)宽度	上底弯角R3、R4	下底弯角R1、R2
						最终尺寸	230	180	50	23	18
定径量	8％	-5％	10％	37％	48.5％

定径后，实测产品的最终尺寸，均达到设计要求，两处下底弯角的半径均小于等于板材厚度的1.5倍，下底直线段的长度大于等于板材厚度的2倍，并且弯角处无开裂现象。

实践表明，在生产方矩形管或异形管时，不论使用方变方还是圆变方工艺，都会不同程度地遇到弯角开裂问题。在采用“圆变方”工艺时，如果弯角很小，角部会产生严重增肉，导致从内角开裂。而采用“方变方”工艺时，如果弯角较小，或原料延伸率较低，会在弯角外表面产生开裂现象。

对本实施例来说，如果完全采用“圆变方”工艺，初始圆管的半径r＝111.25mm，变形到梯形截面后，下底弯角半径R1＝R2＝18mm，曲率半径变形量为83％，角部壁厚增至15mm，与初始壁厚12mm相比，增肉比例高达27％，因而角部严重开裂。而本发明新工艺采用“方变方”加“圆变方”的复合工艺，下底弯角半径R1、R2从35mm变形为18mm，曲率半径变化只有48.5％，在下底弯角处产生的增肉比例只有4.2％，因此不会产生开裂现象。

需要说明的是，以上实施例虽然以一种具体尺寸的梯形截面管为例说明本发明的成形工艺，但上述尺寸和工艺参数(过渡尺寸)不应该成为对本发明的限制。本发明的技术关键在于：对于下底(短边)来说，在成形阶段，先由平板成形为一段大圆弧，然后在定径阶段，利用局部的“圆变方”工艺把大圆弧整形为两个下底弯角和一个直线段；对于上底和侧边来说，在成形阶段和定径阶段，均采用“方变方”工艺。采用这种复合工艺，可以成形出短边尺寸很小、短边弯角很小、而短边直线段又尽可能大的梯形截面管。利用本发明上述的工艺方法，本领域技术人员完全可以成形出其它尺寸的梯形截面管，至于成形中的工艺参数(过渡尺寸)，本领域技术人员利用公知常识和有限次的试验，也可以很容易地确定。

Claims (4)

1.一种梯形截面冷弯焊接异形管的成形工艺，将板材经过成形、焊接和定径三个阶段加工成管材，所述冷弯焊接异形管的截面为倒梯形，由上底、下底和两条侧边构成，上底包括上底直线段及其两端的两个上底弯角，下底包括下底直线段及其两端的两个下底弯角，其特征是，总体轧制成型工艺采用“方变方”和“圆变方”复合工艺：在成形阶段采用“方变方”工艺将板材形成一个类似倒梯形截面，包括上底和两条侧边，但下底完全由一个大圆弧弯角构成；在定径阶段，采用“方变方”工艺将所述上底的直线段、两条侧边和两个上底弯角定径到最终尺寸，采用“圆变方”工艺将所述大圆弧弯角轧制成最终尺寸的下底直线段和两个下底弯角；所述“圆变方”工艺就是圆形截面在常温状态下，经过连续或半连续辊弯变形或拉拔成所需方矩形管或异形管；所述“方变方”工艺就是使用纵剪带，按产品截面形状，使用辊弯成形工艺先成形后焊接再定径。

2.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征是，其中两个下底弯角的外圆弧半径小于等于板材厚度的1.5倍。

3.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征是，在成形阶段，先对板材两侧进行数道次辊轧，形成两个上底弯角；然后，对板材的中间进行数道次辊轧，形成下底的一个大圆弧弯角，并使板材闭合，形成类似倒梯形截面，闭合的接缝位于上底直线段的中点。

4.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征是，在定径阶段，两条侧边的尺寸诸道次从高变低，同时上底弯角诸道次从大变小，而上底直线段尺寸诸道次从小变大。

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