CN102223962A - 钢板的辊弯装置及使用该辊弯装置的钢板的辊弯成形方法 - Google Patents

钢板的辊弯装置及使用该辊弯装置的钢板的辊弯成形方法 Download PDF

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Abstract

一种钢板的辊弯成形装置,是能够避免钢板端部(4)的变形的钢板(3)的辊弯装置,在由上辊(1)和下辊(2)构成的钢板的辊弯成形装置中,其特征在于,在将钢板(3)的外侧成形的下辊(2)的与钢板端部(4)的接触区域中,形成有具有与钢板的弯曲的方向反向的弯曲的方向的凸状的曲率部(5)。

Description

钢板的辊弯装置及使用该辊弯装置的钢板的辊弯成形方法
技术领域
本发明涉及钢板的辊弯装置及使用该辊弯装置的钢板的辊弯成形方法,特别涉及适合于制造缸管那样的厚壁管的钢板的辊弯装置及使用该辊弯装置的钢板的辊弯成形方法。
背景技术
作为钢管的制造方法,广泛采用如下方法:通过多级的成形用辊,将钢板逐渐弯曲成形并最终成形为圆形后,将端面间熔接。
该弯曲成形工序大体分为前半段的开坯(break down)工序和后半段的精成形(fin pass)工序,在开坯工序中进行大幅的弯曲加工。
钢板的辊弯加工通过在上辊与下辊之间对钢板加压来进行。钢板被送入到将钢板的外侧成形的下辊的上方,通过将钢板的内侧成形的上辊进行弯曲成形。
如图1所示,无论上辊1还是下辊2,其辊孔型通常都具有沿着钢板3的弯曲方向的曲率。
如图2所示,下辊2也有具有直线状的辊孔型的情况。
在对厚板钢板进行辊弯加工的情况下,在图1及图2的任一情况下,都在弯曲开始时钢板端部4与下辊2线(或点)接触,如果作用有朝下的加压力,则不能避免在钢板端部4发生变形。
一旦发生变形,则不能恢复。
在图3A所示的精成形工序中的冲压不充分的情况下,如果将钢板端部4彼此以管形状对接,则如图3B所示,成为Y型对接,导致焊接不良。
在精成形工序中施加了充分的冲压的情况下,如图3C所示,端部的壁厚局部地增加,存在管的内径的圆度下降的情况。
设钢管的板厚为t、直径为D时,在t/D为0.06以上的情况下,该问题变得显著。
为了避免该问题,在专利文献1中,提出了如图4A或图4B所示那样将钢板端部4用预弯用的辊进行预弯,在图4C所示的开坯工序中不对钢板端部4进行弯曲加工的方法。
但是,即使使用预弯用的辊,在弯曲开始时无论怎样也不能避免发生某种程度的变形。此外,在开坯工序之前必须设置预弯用的台架,存在导致设备的大型化的问题。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:特开昭57-195531号公报
发明内容
本发明的目的是提供一种钢板的辊弯装置以及使用它的钢板的辊弯成形方法,在制造t/D为0.06以上的钢管时,不使用预弯用的台架也能够避免钢板端部的变形。
本发明者们对钢板的辊弯成形装置的辊的形状和钢板端部的变形进行了锐意研究,根据所得到的认识,做出了本发明。本发明的主旨如下。
(1)一种钢板的辊弯成形装置,在由上辊和下辊构成的辊弯成形装置中,其特征在于,在将钢板的外侧成形的下辊的与钢板端部的接触区域中,形成有具有与钢板的弯曲的方向反向的弯曲的方向的凸状的曲率部。
(2)如上述(1)所述的钢板的辊弯成形装置,其特征在于,下辊的与钢板端部的接触区域以外的部分具有直线状或凹状的曲率。
(3)如上述(1)或(2)所述的钢板的辊弯成形装置,其特征在于,在设钢板的板厚为t时,凸状的曲率部的曲率半径R是0.15t2以上。
(4)如上述(1)或(2)所述的钢板的辊弯成形装置,其特征在于,将钢板的外侧成形的下辊被左右分割,使相互的间隔能够对应于钢板的板厚及板宽而调整。
(5)如上述(3)所述的钢板的辊弯成形装置,其特征在于,将钢板的外侧成形的下辊被左右分割,使相互的间隔能够对应于钢板的板厚及板宽而调整。
(6)一种钢板的辊弯成形方法,其特征在于,使用上述(1)或(2)所述的钢板的辊弯成形装置,一边防止钢板端部的变形一边将钢板辊弯成形。
(7)一种钢板的辊弯成形方法,其特征在于,使用上述(3)所述的钢板的辊弯成形装置,一边防止钢板端部的变形一边将钢板辊弯成形。
(8)一种钢板的辊弯成形方法,其特征在于,使用上述(4)所述的钢板的辊弯成形装置,一边防止钢板端部的变形一边将钢板辊弯成形。
发明的效果:
本发明的钢板的辊弯装置由于将钢板的外侧成形的下辊的与钢板端部的接触区域具有与弯曲方向反向的凸状的曲率,所以当钢板被上辊加压时,钢板端部沿着与弯曲方向反向的凸状的曲率部弯曲,不会被挤压变形。
如果使用本发明的钢板的辊弯装置,则能够不发生钢管端部的变形而制造t/D为0.06以上的钢管。
此外,由于也不需要使用预弯用的台架,所以也不会导致设备的大型化。
由于下辊的与钢板端部的接触区域以外的部分对钢板端部的变形没有影响,所以可以做成具有直线状或凹状的曲率的结构。
如果下辊的曲率部5的曲率半径R过小,则有可能在接触的钢板3上产生压痕或伤痕,但通过使曲率半径R为0.15t2以上,能够消除该可能性。
在通过同一条生产线制造相同或不同直径、板厚不同的钢管的情况下,虽然钢管的外径相同但板宽不同,所以下辊的与钢板端部的接触区域也不同。即使在此情况下,只要使左右分割的下辊相互的间隔能够对应于钢板的板厚调整,就能够通过同一个辊弯装置来对应。
附图说明
图1是表示现有技术的钢板的辊弯装置的概况的图。
图2是表示现有技术的钢板的辊弯装置的概况的图。
图3A是表示精成形工序的概况的图。
图3B是表示Y型对接带来的焊接不良的概况的图。
图3C是表示钢板端部的壁厚的局部增加的概况的图。
图4A是表示现有技术的通过预弯用的辊进行的钢板端部的预弯的概况的图。
图4B是表示现有技术的通过预弯用的辊进行的钢板端部的预弯的概况的图。
图4C是表示现有技术的开坯工序的概况的图。
图5是表示本发明的钢板的辊弯装置的概况的图。
图6是表示本发明的使用钢板的辊弯装置对钢板施加弯曲时的概况的图。
图7A是表示下辊的曲率部的曲率半径R的下限值的图。
图7B是表示下辊的曲率部的曲率半径R的下限值的图。
图8是表示板厚与曲率半径R的下限值的关系的图。
图9是表示下辊的曲率部的曲率半径R的上限值的图。
图10是表示仅通过旋转进行的钢板端部的移动的图。
图11是表示通过滑动进行的钢板端部的移动的图。
图12是表示精成形辊的概况的图。
图13是说明下辊的扩缩的图。
图14是表示本发明的辊的概况的图。
图15是表示现有技术的辊的概况的图。
图16是表示另一现有技术的辊的概况的图。
图17是表示钢板端部的板厚分布的图。
具体实施方式
以下,说明本发明的优选的实施方式。
图5是表示本发明的主要部分的图。钢板3被供给到上辊1与下辊2之间,被向箭头方向加压而被辊弯成形。
在本发明中,由于以防止弯曲开始时的钢板端部4的变形为目的,所以仅图示了开始辊弯的最初的台架。
在后续的台架中,几乎不发生钢板端部4的变形,所以在后续的台架中也能够使用具有与以往同样的辊孔型的辊。
上辊1和下辊2具有对应于弯曲方向的辊孔型。将钢板3的外侧成形的下辊1具有凹状的辊孔型,将内侧成形的上辊1具有凸状的辊孔型。
但是,在该形状的状态下会发生钢板端部4的变形。
所以,在本发明中,如图5所示,在下辊2的与钢板端部4的接触区域中设有与弯曲方向相反方向的凸状的曲率部5。
由此,如果从上辊1对钢板3施加朝下的加压力,则钢板端部4如图5那样不是用板的角,而用面与下辊接触,随着弯曲的进行,如图6那样沿着曲率5滑入。
下辊2的边缘以外的部分也可以是直线状,也可以设置图5中用虚线表示那样的曲率部。
钢板3为朝上弯曲,但由于钢板端部4为从下辊2的曲率部5稍稍浮起的状态,所以不会发生变形。
下辊2与钢板端部4的接触区域以外的部分只要为直线状或凹状的辊孔型就可以。
以下,说明本发明的凸状的曲率部5的优选的条件。
在本发明中,如果从图7A的状态开始弯曲成形,则如图7B所示,将曲率部5推压在钢板3的下面,所以如果曲率部5的曲率半径R过小,则有可能在接触部产生压痕或伤痕。
根据本发明者们通过实验得到的研究结果可知,产生压痕的曲率半径R的下限值不取决于材料强度,如图8的曲线所示,可以用板厚t的平方的函数即0.15t2近似。
在图8中,中空的标记意味着没有压痕,涂黑的标记意味着有压痕。根据该结果,优选R≥0.15t2
这样,压痕的发生边界R为t2的函数的理由如下。
将钢板整体弯曲所需要的力矩是t2σy/4,用来产生该弯曲力矩的推入力也在端部成形时成为最大,所以不受弯曲半径的影响而与t2σy/4成正比。
可以考虑材料的对于压痕的承受力与σy成正比,所以压痕的发生边界与t2成正比。
对曲率部5的曲率半径R的上限值进行说明。
如图9所示,在下辊2的曲率部5的部分(图9中的用箭头表示的部分),不能对钢板3施加弯曲方向的弯曲,所以如果曲率半径R变得过大,则没有弯曲的部分增加,并不优选。
对这一点详细地讨论。
在通过辊成形对钢板3施加弯曲时,如果在钢板3与下辊2的接触部不发生滑动,则钢板端部4如图10所示,由于绕曲率部5旋转而移动。如果设曲率部5的辊角度为θ,则仅考虑到旋转的情况下的没有施加弯曲的长度为2πR θ/360。
如图11所示,通过对钢板3施加弯曲,钢板的端部间距离从W1变化为W2,所以钢板端部4通过因板宽变化带来的滑动而移动。将施加了弯曲后的钢板在图11中用虚线表示。
该滑动带来的移动沿着辊角度θ发生,所以根据板宽变化量和辊角度θ而为(W1-W2)/tan θ,该滑动的量为没有加上卷绕到辊上的弯曲的量。
因而,如果从仅考虑到旋转的情况下的没有施加弯曲的长度减去该滑动带来的量,则最终求出没有施加弯曲的长度L为2πR θ/360-(W1-W2)/tan θ。
长度L的直线部在后段的精成形工序中如图12那样成形,但如果L过长,则发生边缘压曲等的故障。
根据作业经验,长度L需要是L≤2t,如果代入前式而计算,则优选R≤((2t+(W1-W2)/tan θ)×360)/2πθ。
如果将以上综合,则曲率部5的曲率半径R优选的是
0.15t2≤R≤((2t+(W1-W2)/tan θ)×360)/2πθ。
在许多生产线中,使用相同的辊,制造外径相同而板厚不同的钢管。在此情况下,即使钢管的外径相同,板宽也不同,所以下辊的与钢板端部的接触区域变化。
因此,如果如图13那样将下辊2左右分割,使分割后的下辊的间隔能够对应于钢板3的板厚调整,则能够使钢板端部4总是正确地接触在曲率部5上。对于板宽变化的情况,也只要调整分割的下辊的间隔就可以。
图13的虚线部表示板厚变化而调整了上辊及下辊的间隔的状态。
实施例
以下,使用具体的实施例说明本发明。
利用单台架,对板厚10mm×强度590MPa的钢板的板端部进行辊成形,比较使用本发明的辊的情况和使用现有方法的辊的情况下的成形时的端部变形。
图14是本发明的辊形状的概况图,在下辊的与钢板端部的接触部位具有曲率半径R是30mm、辊角度θ是35°的与钢板的弯曲的方向反向的弯曲的方向,形成有凸状的曲率部,其他部分为直线状。在上辊的对钢板施加弯曲的部位,形成有曲率半径Ru为50mm、辊角度θu为35°的凸状的曲率部。
图15是表示作为比较例使用的现有方法的辊形状的概况图。在下辊的对钢板施加弯曲的部位,具有与钢板的弯曲的方向同方向的弯曲的方向,形成有凹状的曲率部,在上辊的对应部位上形成有凸状的曲率部。上辊的曲率半径Ru是50mm、辊角度θu是35°,下辊的曲率半径R是60mm、辊角度θ是35°。
图16是表示作为比较例使用的另一现有方法的辊形状的概况图。下辊是没有曲率部的笔直的形状,在上辊的对钢板施加弯曲的部位,形成有曲率半径Ru为50mm、辊角度θu为35°的凸状的曲率部。
在图17中,表示在这些单台架对钢板施加弯曲后的钢板端部的板厚分布。
如图17所示,在使用图15、图16所示的现有方法的辊的情况下,板厚减小0.8mm,相对于此,在使用图14所示的本发明的辊的情况下,确认到板厚几乎没有变化。
工业实用性
如果使用本发明的钢板的辊弯装置,则能够不发生钢管端部的变形而制造t/D为0.06以上的钢管。
本发明在钢铁工业,特别在缸管那样的厚壁管的制造中实用性较高。
标号说明
1上辊
2下辊
3钢板
4钢板端部
5曲率部
R曲率部的曲率半径
θ辊角度
W1施加弯曲前的钢板的端部间距离
W2施加弯曲后的钢板的端部间距离

Claims (8)

1.一种钢板的辊弯成形装置,由上辊和下辊构成,其特征在于,
在将钢板的外侧成形的下辊的与钢板端部的接触区域中,形成有具有与钢板的弯曲的方向反向的弯曲的方向的凸状的曲率部。
2.如权利要求1所述的钢板的辊弯成形装置,其特征在于,
下辊的与钢板端部的接触区域以外的部分具有直线状或凹状的曲率。
3.如权利要求1或2所述的钢板的辊弯成形装置,其特征在于,
在设钢板的板厚为t时,凸状的曲率部的曲率半径R是0.15t2以上。
4.如权利要求1或2所述的钢板的辊弯成形装置,其特征在于,
将钢板的外侧成形的下辊被左右分割,使相互的间隔能够对应于钢板的板厚及板宽而调整。
5.如权利要求3所述的钢板的辊弯成形装置,其特征在于,
将钢板的外侧成形的下辊被左右分割,使相互的间隔能够对应于钢板的板厚及板宽而调整。
6.一种钢板的辊弯成形方法,其特征在于,
使用权利要求1或2所述的钢板的辊弯成形装置,一边防止钢板端部的变形一边将钢板辊弯成形。
7.一种钢板的辊弯成形方法,其特征在于,
使用权利要求3所述的钢板的辊弯成形装置,一边防止钢板端部的变形一边将钢板辊弯成形。
8.一种钢板的辊弯成形方法,其特征在于,使用权利要求4所述的钢板的辊弯成形装置,一边防止钢板端部的变形一边将钢板辊弯成形。
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