CN105246609B - 钢管的冲压成形方法及钢管的制造方法 - Google Patents

Abstract

提供一种对接部的缝隙的变动少的钢管的冲压成形方法及钢管的制造方法。一种钢管的冲压成形方法，向钢板施加多次冲压弯曲加工来成形钢板从而成形钢管，其特征在于，在作为被成形材料的开缝管为最后一次的冲压弯曲加工期间，关于从成为特定的缝隙的状态起进一步所需的追加压下量与所述特定的缝隙之间，按照预先求出的关系，在作为被成形材料的开缝管为最后一次的冲压弯曲加工期间，从成为所述特定的缝隙的状态开始向所述开缝管实施基于所述的关系的所述追加压下量的加工。

Description

钢管的冲压成形方法及钢管的制造方法

技术领域

本发明涉及基于冲压弯曲加工的厚壁钢管的成形方法及钢管的制造方法。

背景技术

作为厚壁钢管的成形方法，存在图3所示的使用了上下模具的冲压成形方法(以下，也称为弯曲冲压(bending press))。

该成形方法是在将具有规定的宽度、长度的钢板成形为使长度方向为管轴方向的钢管时，对所述钢板的宽度端部进行弯曲加工(以下称为端卷曲(edge crimping))，接下来沿钢板宽度方向进行多次弯曲加工来成形为圆筒的方法。

在接着端卷曲之后的正式成形工序中，如图3所示，反复进行如下步骤：将下模具的2个模1a、1b调整成规定间隔，在其上安设钢板S，将上模具的冲头2的前端部即冲头前端部22压入相当于2个模1a、1b之间的位置来施加弯曲变形，接下来使钢板S沿宽度方向移动规定长度，再次将上模具压入。

通常从钢板的宽度方向一方侧的端部(图中A)朝向该钢板的宽度方向中央部(图中C)依次成形(前半)，在成形至所述钢板宽度方向中央部的跟前为止之后，从所述钢板宽度方向相反侧的端部(图中B)朝向所述钢板宽度方向中央部(图中C)依次成形(后半)，最后对所述钢板宽度方向中央部(图中C)施加压下(最终)。这样，制造出成形为圆筒状而相互面对的板端部未被焊接的状态的管体即开缝管。需要说明的是，在图3中，点线是冲头2与钢板S未接触的状态的钢板S的位置。在图3中，在模1a、1b的左右设有未图示的台辊。台辊例如呈图3的左上图的点线状地对B点或C点进行支承，并且能够将钢板S沿图中的左右方向搬运。

图4是开缝管的示意图。如图4所示，开缝管3将作为原料的板材成形为圆筒状，是相互面对的板端部(开缝边缘(open seam edges))31a、31b未被焊接的状态的管。面对的开缝边缘的间隔g是缝隙(seam gap)。开缝管3的管轴方向L与冲头的长度方向一致。

开缝管之后沿钢管长度方向(纸面垂直方向)进行搬运，被送往下一工序。因此，在最后一次的弯曲加工即最终道次成形之后，开缝管3的缝隙g必须比上模具的支承冲头前端部22的冲头梁21的厚度宽。

并且，以将开缝管3的所述缝隙g关闭的方式利用压下装置进行限制，在此状态下，利用焊接机将对接的开缝边缘焊接，形成为直缝的焊接钢管。需要说明的是，根据需要，通过向焊接钢管施加扩径或缩径加工而进行圆筒形状的矫正。

此时的冲压条件的调整、设定可以使用专利文献1公开的设有下模具的模的间隔的调整机构的冲压模具。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开平11-129031号公报

发明内容

发明要解决的课题

以将开缝管的缝隙关闭的方式利用压下装置进行限制，在此状态下利用焊接机将对接的开缝边缘焊接时，压下装置的限制力存在上限。因此，无法限制具有由钢管尺寸决定的一定量以上的缝隙的开缝管而使开缝边缘对接。其结果是，也无法将对接的开缝边缘焊接。

因此，在弯曲冲压时的最终冲压中，要求尽量减小缝隙。

通过在最终冲压中逐渐增加冲头压下量，由此进行开缝管的缝隙量的调整。当增大最终冲压的冲头压下量时，缝隙量减少，反之，当冲头压下量小时，成为缝隙量大的状态。

当将冲头压下释放时，会产生回弹，因此压下释放后的开缝管的缝隙比压下中的开缝管的缝隙大。因此，以减小压下释放后的回弹的情况为目的，存在如下技术：在最终冲压中，使冲头压下量增加而使开缝边缘与冲头支承部接触之后，进一步增加冲头压下量而对开缝管施加弯曲加工。

然而，当冲头压下量过剩时，可能会产生开缝管的开缝边缘较强地夹入冲头支承部，为了将管除去而必须将管在全长上切断这样的麻烦。

为了避免这样的麻烦，通常要注意避免冲头压下量变得过剩，但其结果是缝隙容易变大。

除此之外，钢板的屈服强度也会影响缝隙。这是因为，在向钢板施加弯曲变形的情况下，弯曲变形后的回弹量因钢板的屈服强度而不同。例如，在同一冲压条件下实施最终道次的冲压成形而将冲压载荷完全除去的情况下，在钢板S的屈服强度低时缝隙小，在钢板S的屈服强度高时缝隙大。

如前所述，通常要注意避免冲头压下量变得过剩，因此缝隙容易变大。在此，由于钢板的屈服强度的影响进一步重叠，因此缝隙的变动也增大。若所述缝隙过大，则在焊接时将所述缝隙关闭进行限制所需的限制力增大，因此压下装置变得大型。而且，为了应对缝隙的变动，在所述焊接机中，在通过手动来调整压下装置的压下量的情况下，需要极大的时间。

因此，为了抑制冲压后的缝隙的变动，存在按照各钢板来调整冲压条件，或者预先将钢板的屈服强度与冲压条件的关系进行表格化，基于该表格来确定冲压条件的技术。

在专利文献1记载的技术中，通过调整下模具的模间隔，能够调整弯曲形状。对于回弹量的变动，在第一步骤中计测了将钢板成形为钢管之后的形状，之后，在第二步骤中调整下模具的模间隔并实施修正加工。换言之，根据专利文献1记载的技术，在所述第一步骤的成形加工之后，计测除去载荷后的状态、即发生了回弹的状态下的弯曲形状，根据该计测结果，调整压下量、载荷、下模具的模间隔等冲压条件，由此实施作为第二步骤的修正加工。因此，在再设定下模具的模间隔的情况下，需要所述再设定用的时间。尤其是在1根钢管的成形中进行多次修正加工的情况下，形状计测的次数也成为多次，因此存在生产效能较大地下降这样的问题。并且，这样的修正加工的条件的设定需要对各钢板实施，因此在由回弹量具有变动的多个钢板制造钢管的情况下，无法避免生产效能的大幅下降。

因此，本发明的目的在于提供一种缝隙的变动少的钢管的冲压成形方法。

用于解决课题的方案

本发明的主旨如以下所述。

[1]一种钢管的冲压成形方法，向钢板施加多次冲压弯曲加工来成形钢板，从而成形钢管，其特征在于，对于从在作为被成形材料的开缝管处于最后一次的冲压弯曲加工期间成为特定的缝隙的状态开始进一步需要的追加压下量与所述特定的缝隙之间预先求出关系，根据该预先求出的关系，从在作为被成形材料的开缝管处于最后一次的冲压弯曲加工期间成为所述特定的缝隙的状态开始向所述开缝管实施基于所述的关系的所述追加压下量的加工。

[2]根据[1]所述的钢管的冲压成形方法，其特征在于，所述规定的缝隙是钢板的开缝边缘与上模具的冲头梁接触的时刻的缝隙。

[3]一种钢管的制造方法，其特征在于，使利用[1]或[2]所述的冲压成形方法成形的开缝管的开缝边缘对接而进行焊接。

发明效果

通过本发明，以预先确定的条件进行冲压，由此能得到缝隙的变动少的冲压材料，因此不需要修正加工或下模具的模间隔的设定调整，生产效率较大地提高。

附图说明

图1是表示本发明的屈服强度差与缝隙的关系的图。

图2是表示现有技术的屈服强度差与缝隙的关系的图。

图3是说明钢管制造工序中的成形工序的示意图。

图4是开缝管的示意图。

图5是说明端卷曲成形工序的示意图，图5A表示端卷曲时的安设状态，图5B表示端卷曲负载结束时的状态，图5C表示端卷曲除去载荷后的状态。

图6是说明冲压成形工序的示意图，图6A表示载荷负载状态，图6B表示载荷除去后的状态，图6C表示冲压成形后的管截面形状。

具体实施方式

在直缝焊接钢管的主要用途即管道钢管的一般性的规格的API规格下，X80等级的焊接钢管的屈服强度的从上限到下限的范围成为138MPa，在作为焊接钢管的原料的钢板中，屈服强度的范围也成为相同程度的范围。尤其是在制造屈服强度高的钢管的情况下，作为原料的钢板由TMCP法制造，因此根据成分条件、轧制条件、冷却条件的变动而其屈服强度也容易变动。

以下，说明成形外径1219mm、管厚31.8mm的API X80等级钢管的情况，但是本发明没有限定为以下说明的实施方式。

首先，成形方法如图5所示，实施端卷曲。在图5中，41是端卷曲下模具，42是端卷曲上模具。在钢板宽度方向端部的宽度240mm的范围h(图5A)内，在冲压负载时以使端卷曲角度j(图5B)成为28度的方式进行了端卷曲。冲压载荷除去后的钢板宽度方向端部的弯曲角度k(图5C)为23度。

接下来，通过图6A所示的冲头前端部22的半径R为415mm的冲头2(上模具)来从钢板宽度方向端部沿钢板宽度方向依次进行了11次的弯曲加工。此时的成形方法如图6所示。在图6A中，冲头2(上模具)由冲头梁21和冲头前端部22构成，下模具由模1a、1b构成。将该11次的弯曲角度的合计值与所述端卷曲的弯曲角度相加而整体成为除去了缝隙的整体的弯曲角度(图6C的f)。具体而言，在屈服强度640MPa的钢板中，以使除去载荷后的弯曲角度(图6B的e)成为29度的方式，使每一次弯曲加工的负载时的弯曲角度(图6A的d)为35度而进行了弯曲加工。就钢板S的弯曲范围而言，图6A的范围a表示到上次为止的弯曲范围，图6A的范围b表示本次的弯曲范围，图6A的范围c表示下次以后的弯曲范围。在这样的弯曲加工中，弯曲加工量的调整通常是利用冲压装置直接控制冲头2的移动量的方式。在此，将冲头2从冲头前端部22与钢板的上表面位置接触的状态起下降的量(以下，将冲头2从某基准点起的下降量称为压下量，在没有特别说明的情况下，以钢板的上表面位置为基准)固定而进行加工。

钢板的屈服强度相对于作为钢板的屈服强度的基准值的640MPa之差即屈服强度差与冲压后除去载荷后的状态的缝隙的关系如图2所示。

即使弯曲负载时即压下中的状态下的弯曲形状为相同形状，在屈服强度高的原料中，回弹量也增大。因此，成形后的弯曲角度变小，除去载荷的状态下的缝隙变大。如图2所示，当原料钢板的屈服强度相差160MPa时，冲压后的除去了载荷的状态下的缝隙之差成为170mm。这相当于外径的14％，是非常大的值。

因此，中途工序中的弯曲加工通过以往的成形方法进行，变更了最终成形道次(第11次)的压下量的情况的屈服强度差与冲压后的除去载荷的状态下的缝隙的关系如图1所示。需要说明的是，在图1中，作为参考而记入图2所示的现有技术的结果(坐标图b)。

坐标图c在本发明例中，是开缝边缘与上模具的冲头梁21接触后进而压下9mm的情况，以使最终成形道次(第11次)的变形量成为相同。可知冲压后的除去载荷的状态下的缝隙之差减小为20mm，无论钢板的屈服强度如何都得到大致一样的缝隙。

坐标图a是开缝边缘压下至与上模具的冲头梁部接触为止的例子。与现有技术(坐标图b，压下一定)相比，冲压后的除去载荷的状态下的缝隙的偏差减小，但是除去载荷的状态下的缝隙比前述的本发明例大。

使开缝边缘与上模具的冲头梁21接触后进而压下9mm是基于如下的技术思想。

在制造多个同一尺寸的钢管的情况下，首先，成形同一尺寸的多个开缝管。在此，该冲压条件基本上一定，因此从作为原料的钢板向开缝管的变形样式也基本相同。由此，以最终冲压的中途的某特定的形状为基准，若从该状态起应进一步追加的压下量一定，则最终冲压后除去载荷的状态下的缝隙也一定。

如前所述，使用2个模1a、1b和1个冲头2从钢板成形开缝管的情况下，作为所述的应进一步追加的压下量一定的最终冲压的中途的某特定的形状的指标，采用缝隙的情况简便且有效。

在前述的例子中，作为使上述的应进一步追加的压下量一定的最终冲压的中途的某特定的形状的指标即缝隙，采用两侧的开缝边缘与2的冲头梁21的两方都接触的时刻。在此，从两侧的开缝边缘与上模具2的冲头梁21的两方都接触的时刻开始，应进一步追加的压下量通过事先实施预备成形或者参照过去的制造实际成绩来预先掌握、决定。

需要说明的是，虽然说明了使应进一步追加的压下量一定的形状的指标即缝隙的基准设为两侧的开缝边缘与2的21的两方都接触的时刻的情况，即，缝隙与冲头梁21的厚度一致的情况，但是本发明没有限定于此。例如，缝隙达到特定的值的判定例如可以通过使用能够随时测定板端位置的形式的检测器、判定到达某位置的形式的简易的检测器来进行判定。

具体而言，例如在冲头梁21设置投光器和受光器，基于因开缝管的开缝边缘遮挡从投光器向受光器的路线而引起的受光器的受光光量的变化，能够检测开缝边缘的位置。而且，若检测开缝边缘与上模具2的冲头梁21接触的时刻，则也可以不必随时测定板端部的位置。例如，通过因开缝边缘与冲头梁21的接触而电导通状态变化的情况、或者在接触预定部预先设置压电元件来确认有无接触，由此能够实现。

作为在最终冲压的压下中从开缝管成为特定的缝隙的状态开始实施进一步需要的追加压下量的加工的控制方法，例如，只要在成为所述特定的缝隙量的时刻向冲压成形装置的压下控制装置发送信号，以该信号为触发，另行实施事先决定的追加压下量的加工即可。追加压下量的测定可以通过测定冲头2的移动量来进行。需要说明的是，在所述特定的缝隙与冲头梁21的厚度相同的情况下，即，以开缝边缘与冲头梁21接触的时刻为基准的情况下，也可以检测与冲头梁21接触的开缝边缘在冲头梁21上向上滑动的量，并以该向上滑动的量为基准来控制追加压下量。

为了使用通过上述的冲压成形方法而制造的开缝管来制造钢管，只要使用所述连续预装焊接装置将开缝管的缝隙连续预装焊接，然后，按照内表面焊接接着外表面焊接的顺序实施正式焊接即可。对于实施了正式焊接的钢管，使用扩管装置进行扩管，由此能够提高钢管的正圆度，因此优选。在扩管工序中，以扩管率(相对于扩管前的管的外径的扩管前后的外径变化量之比)通常为0.3％～1.5％的范围实施。从正圆度改善效果与扩管装置所要求的能力的平衡的观点出发，扩管率优选为0.5％～1.2％的范围。

实施例1

为了制造外径1219mm、管厚31.8mm、长度12m的钢管，准备10张的API X80等级且长度24m的钢板，将各钢板沿长度方向分割成3部分，准备了10张/组×3组的试验材料。将这些钢板的板宽机械加工成3693mm，分别对于钢板宽度方向两端部，利用R380mm的模具对宽度180mm的范围进行了端卷曲之后实施了冲压成形。

冲压成形中，上模具的冲头2使用冲头前端部22的半径为R415mm的冲头，下模具的模1将R100mm的模具安设成间隔540mm(间隔为下模具的2个模1a、1b的顶点部之间的距离)，分成11次进行。需要说明的是，冲头梁21的厚度为100mm。

从第一道次到第十道次的宽度方向安设位置(下模具的2个模的中心的距板宽中央的距离)和压下量如表1所示。压下量以在钢板的屈服强度615MPa时、以端卷曲与11次的冲压成形的合计而言成为除了缝隙部之外的大致整周的弯曲的方式确定。

[表1]

作为正式成形工序的成形顺序，如图3的冲压工序图所示，道次1～5是指前半工序，道次6～10是指后半工序。前半工序的道次1～5从钢板的宽度方向一方侧的端部朝向该钢板的宽度方向中央部依次成形，在该钢板宽度方向中央部直至跟前为止成形冲压1次量的宽度。接下来，后半工序的道次6～10从所述钢板的宽度方向相反侧的端部朝向所述钢板宽度方向中央部依次成形。最后(第11道次)向所述钢板宽度方向中央部施加压下。

使用屈服强度不同的10张钢板(钢板No.A～J)，在表1所示的钢板宽度方向位置(表中钢板宽度方向位置从钢板宽度中央C以A方向距离为+，以B方向距离为-来表示)，关于各个钢板，进行10道次的冲压，然后进行第11道次的冲压而测定了冲压后的除去载荷的状态下的缝隙。其结果(钢板屈服强度与冲压后的缝隙的关系)如表2所示。

[表2]

在最终道次(第11道次)中，以使板宽中央成为下模具中心的方式进行安设，在本发明例中，以在屈服强度615MPa的钢板中使冲压后的缝隙成为125mm的方式，使钢板的宽度端部、即开缝管的开缝边缘与冲头梁21接触之后，进而压下9mm。在比较例1中，以在屈服强度最低的560MPa的钢板中使冲压后的除去载荷的状态下的缝隙成为100mm的方式，使冲头2从钢板的上表面位置下降的量即压下量为48.6mm。在比较例2中，首先，压下至开缝管的开缝边缘与冲头梁21接触为止，确认该冲压后的除去载荷的状态下的缝隙，在调整了下模具的模1a、1b的间隔之后，再次重复进行压下。

本发明例的10根钢管的冲压后的缝隙的变动(＝最大值―最小值)也小，冲压成形的所需时间也短，良好的钢管形状和高的作业效能同时成立。

另一方面，在比较例1中，冲压成形的所需时间稍小，但是在屈服强度最低的钢板J中，成为开缝边缘将冲头梁21夹入的状态，因此为了取出成形材料(开缝管)，需要使生产线停止，因此作为工业生产的采用比较困难。而且，在比较例2中，形状稳定，但是所需时间花费本发明例的1.4倍，生产效能差。

工业实用性

本发明的钢管的冲压成形方法、钢管的制造方法没有限定为大径厚壁的钢管的制造，能够应用于进行3点弯曲冲压而制造钢管的全部方法。

标号说明

1a、1b 模

2 冲头

21 冲头梁

22 冲头前端部

3 开缝管

31a、31b 板端部

41 端卷曲下模具

42 端卷曲上模具

Claims (3)

1.一种钢管的冲压成形方法，对钢板进行成形从而成形钢管，所述钢管的冲压成形方法的特征在于，

对所述钢板施加多次冲压弯曲加工来成形开缝管，从而成形所述钢管，

对于从在所述开缝管处于最后一次的冲压弯曲加工期间成为特定的缝隙的状态开始进一步需要的追加压下量与所述特定的缝隙之间，预先求出关系，

从在所述开缝管处于最后一次的冲压弯曲加工期间成为所述特定的缝隙的状态开始向所述开缝管实施基于所述的关系的所述追加压下量的加工。

2.根据权利要求1所述的钢管的冲压成形方法，其特征在于，

所述特定的缝隙是钢板的开缝边缘与上模具的冲头梁接触的时刻的缝隙。

3.一种钢管的制造方法，其特征在于，使利用权利要求1或2所述的冲压成形方法成形的开缝管的开缝边缘对接而进行焊接。