CN107030135B - 一种高强度厚壁小断面双尖角方管成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度厚壁小断面双尖角方管成型方法，该方法包括以下步骤：根据成型方管的截面尺寸确定钢卷纵切钢带的宽度和方管管壁1—4的尺寸；确定冷弯成型道次及各道次的最佳成型角度；确定钢带的轧制中心线；将钢带两侧端刨切成斜端面；将钢带各边按设定的成型道次及成型角度冷弯变形，将闭合后的两侧端高频焊接；配合挤压辊对焊接后的方管顶部尖角和底部圆弧角进行整形并矫直。本发明的有益效果为：采用多道次冷弯成型，可有效降低道次变形的水平投影，从而减少有效角度回弹的发生，确保产品成型过程的稳定性；同时，在多道次成型过程中，方管的两端管壁采用对称角度成型方式，可有效降低焊接小边和产品的腰部回弹。

Description

一种高强度厚壁小断面双尖角方管成型方法
技术领域
本发明涉及冷弯成型领域，具体涉及一种高强度厚壁小断面双尖角方管成型方法。
背景技术
采用冷弯成型工艺生产的尖角方形钢管，因其具有截面特性好、生产效率高、产品实物质量优等特点，已逐步取代了传统的拼焊角钢。利用冷弯成型工艺生产的尖角方形钢管及其系列产品的成功开发和应用，大大提高了相关设备制造企业的生产效率，降低了其制作成本。
早期研制和生产的尖角方矩形钢管多为常规断面尺寸及壁厚、且具有一个尖角的产品，随着建筑机械、铁路车辆等行业的不断发展，对高强度、大壁厚、小断面尖角管的需求越来越多，且部分客户为了满足新型机械结构的设计需要，同时增加机构的接触面积、提高设备运行的稳定性，降低制造成本，提出了具有两个尖角的高强度厚壁小断面方管的应用需求。为了更好地满足市场及用户的需求，双尖角方管的系列产品正待开发。
然而，现有各种尖角管的制造方法，主要是制造具有一个尖角的方管或矩管产品，其成型方法存在诸多不足，产品尺寸精度难以保证；并且，现有的单尖角方管成型工艺在制造高强度厚壁小断面双尖角方管时，易出现一系列的问题，如方管回弹严重，产品成型及焊接控制难度大，产品尺寸、截面对称性、平面度及扭转度等质量特性难以保证；。如中国专利CN1079680A公布了一种制造尖角方形管的方法，该方法采用定弯曲半径、弯曲中心内移的冷弯直接成型法，制造出尖角半径≤7mm的尖角方形管；该方法的缺点在于变形力矩不平衡，扭曲力矩大，成型调整操作困难，产品的几何形状和尺寸精度难以保证。中国专利CN1358586A公布了一种制造尖角矩形钢管的方法，该方法以尖角及其对角的连线为轧制中心线，通过八道次变形得到最终产品；该方法的缺点在于带钢两侧边向上变形角度不相等，尖角形状不对称，成型稳定性差。中国专利CN1524637A公布了具有一个尖角的矩形钢管的制造方法，该方法是以尖角的对角为基点，以该点在各道次的连线作为轧制中心线，采用单边变形方式，经九道次成型，再经高频焊接、挤压、整型、矫直来实现的；但该方法缺点是高频焊接和焊缝毛刺刨削稳定性不足，且圆弧角的成效对称性差，产品的尺寸精度难以满足要求。中国专利CN105107866A公布了一种高强度尖角方矩形管热整形方法及装置，该方法将高强度钢板预弯成圆角半径为4～10mm的预成形方矩形管，再利用感应加热圈对四个弯角部位进行局部加热，挤压出具有四个尖角的方矩形管，然后再进行热整形，制备出带有内尖角或外尖角的方矩形管；但其需要通过局部加热的方式对常规方矩管产品的弯角部位进行整形，以实现弯角部位尖角化，其工序复杂、制造成本较高，工业化生产控制难度较大。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种工艺合理、成型及焊接过程稳定、调车生产过程简单的高强度厚壁小断面双尖角方管成型方法。
本发明采用的技术方案为：一种高强度厚壁双尖角方管成型方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据成型方管的截面尺寸确定钢卷纵切钢带的宽度和方管管壁1—4的尺寸；
步骤二、根据方管强度等级的要求，采用专业分析软件对钢带的冷弯成型道次、每道次的成型角度、回弹角度等关键工艺参数进行设计、模拟仿真及优化，得到冷弯成型道次及各道次的最佳成型角度；
步骤三、确定钢带的轧制中心线，并将钢带喂入冷弯成型机组的机架上；
步骤四、在冷弯成型机组的机架上加装刨边刀架和刀片，将钢带两侧端刨切成斜端面；
步骤五、将对应于钢带轧制中心线的各边按设定的成型道次及成型角度冷弯变形，直至加工成斜端面的钢带两侧端最终闭合在平行于轧制中心的一边，将闭合后的两侧端高频焊接；带钢轧制中心线的两侧边在后几道次中以相同角度对称向上弯曲变形：
将冷弯后的管壁3的端面与管壁4的端面进行焊接，同时采用如图5所示的单弧形刀片对焊接毛刺进行刨除，确保焊接面平整、光滑；
步骤六、采用双R包弧设计，配合挤压辊对焊接后的方管顶部尖角和底部圆弧角进行整形并矫直。
按上述方案，所述方管的屈服强度不低于420MPa；方管的壁厚为8～12mm。
按上述方案，以方管的管壁2的中心线为轧制中心线。
按上述方案，在步骤五中采用十一道次冷弯成型，前七道次为非对称角度成型，后四道次为对称角度成型，带钢的具体成型过程为：在第一道次至第三道次冷弯成型过程中，将管壁4相对于管壁1向上弯曲并依次与管壁1所在的水平底线成23°、45°、60°的夹角；同时，将管壁3相对于管壁2向上弯曲并与管壁2所在的水平底线依次成5°、8°、16°的夹角；
在第四道次至第七道次冷弯成型过程中，将管壁1相对于管壁2向上弯曲并与管壁2所在的水平底线依次成15°、32°、66°、66°的夹角；同时，将管壁3相对于管壁2向上弯曲并依次与管壁2所在的水平底线成25°、39°、48°、66°；
在第八道次至第十一道次冷弯成型过程中，先将管壁1相对于管壁2向上弯曲并与管壁2所在的水平底线成80°，同时将管壁3相对于管壁2向上弯曲并与管壁2所在的水平底线成80°，再将管壁3和管壁1相对于管壁2同时对称向上弯曲直至两者与管壁2所在的水平底线均成90°；在第八道次至第十一道次的冷弯成型过程中，管壁3和管壁1的每一道次成型角度均相同。
按上述方案，在步骤四中，钢带两侧端刨切成与平面呈42°～46°的斜端面。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用多道次冷弯成型，可有效降低道次变形的水平投影，从而减小回弹的发生，确保产品成型过程的稳定性；同时，在多道次成型过程中，方管的两端管壁采用对称角度成型方式，可有效降低焊接小边和产品的腰部回弹，保证高频焊接稳定性的同时，减少毛刺刨削时对产品表面的划伤；
2、本发明通过斜插辊和包弧辊的设计，可有效避免了厚壁小断面尖角管轧制力较大、底部圆弧角和顶部尖角部位成型困难且精度较差的问题，保证了方管底部两个圆弧角及顶部两个尖角的对称性以及产品的整体尺寸精度。
附图说明
图1为本发明实施例中双尖角方管的截面图。
图2为本实施例中双尖角方管的冷弯成型示意图。
图3为本实施例中斜插辊的应用状态示意图。
图4为本实施例中钢带两侧端刨边示意图。
图5为本实施例中弧形刀片的示意图。
图6为本实施例中利用包弧辊对方管整形的示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1所示的双尖角方管，屈服强度≥420MPa，壁厚为8～12mm，其成型方法包括以下步骤：
步骤一、根据成型方管的截面尺寸确定钢卷纵切钢带的宽度和各管壁的尺寸；本实施例中需确定管壁1～4的长度，如图1所示；
步骤二、根据方管强度等级的要求，采用专业分析软件对钢带的冷弯成型道次、每道次的成型角度、回弹角度等关键工艺参数进行设计、模拟仿真及优化，得到冷弯成型道次及各道次的最佳成型角度。经计算分析，本实施例采用十一道次冷弯成型，前七道次为非对称角度成型，后四道次为对称角度成型，具体成型道次及每一道次各边的成型角度如图2所示；
步骤三、确定钢带的轧制中心线，并将钢带喂入冷弯成型机组的机架上。本实施例中以管壁2的中心线为轧制中心线，管壁2保持水平；
步骤四、在冷弯成型机组的机架上加装刨边刀架和刀片，将钢带两侧端刨切成斜端面。本实施例中，钢带两侧端刨切成与平面呈42°～46°的斜端面，如图4所示，不同厚度的钢带其刨边参数如表1所示；
表1不同厚度的钢带刨边参数
钢带厚度(mm) 留边量(mm) 刨边角度(°)
8～9 4.5～6 左右45±1
10～11 外侧6，内侧3 外侧42，内侧78
11～12 外侧8，内侧4 外侧42，内侧78
步骤五、将对应于钢带轧制中心线的各边按设定的成型道次和成型角度变形，直至加工成斜端面的钢带两侧端最终闭合在平行于轧制中心的一边，将闭合后的两侧端高频焊接；钢带轧制中心线的两侧边在后几道次中以相同角度对称向上弯曲变形。如图2所示，本实施例的具体冷弯成型过程为(图2中的R1～R11分别表示第一道次～第十一道次的冷弯成型)：
在第一道次至第三道次冷弯成型过程中，将管壁4相对于管壁1向上弯曲并依次与管壁1所在的水平底线成23°、45°、60°的夹角；同时，将管壁3相对于管壁2向上弯曲并与管壁2所在的水平底线依次成5°、8°、16°的夹角；
在第四道次至第七道次冷弯成型过程中，将管壁1相对于管壁2向上弯曲并与管壁2所在的水平底线依次成15°、32°、66°、66°的夹角；同时，将管壁3相对于管壁2向上弯曲并依次与管壁2所在的水平底线成25°、39°、48°、66°；
在第八道次至第十一道次冷弯成型过程中，先将管壁1相对于管壁2向上弯曲并依次与管壁2所在的水平底线成80°，同时将管壁3相对于管壁2向上弯曲并与管壁2所在的水平底线成80°，再将管壁3和管壁1相对于管壁2同时对称向上弯曲直至两者与管壁2所在的水平底线均成90°；在第八道次至第十一道次的冷弯成型过程中，管壁3和管壁1的每一道次成型角度均相同；
将冷弯后的管壁3的端面与管壁4的端面进行焊接，同时采用如图5所示的单弧形刀片对焊接毛刺进行刨除，确保焊接面平整、光滑；
步骤六、采用双R包弧设计，配合挤压辊对焊接后的方管顶部尖角和底部圆弧角进行整形并矫直。
最后应说明的是，上述实施例采用十一道次成型，仅为本发明的最佳举例，而并非是对本发明实施方式的唯一限定，可依据材料的强度级别、产品壁厚及尺寸规格等条件进行成型角度的调整和成型道次的增减。对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术热轧进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高强度厚壁小断面双尖角方管成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据成型方管的截面尺寸确定钢卷纵切钢带的宽度和方管管壁1-4的尺寸；所述方管的屈服强度不低于420MPa；方管的壁厚为8～12mm；
步骤二、根据方管强度等级的要求，采用专业分析软件对钢带的冷弯成型道次、每道次的成型角度、回弹角度等关键工艺参数进行设计、模拟仿真及优化，得到冷弯成型道次及各道次的最佳成型角度；
步骤三、确定钢带的轧制中心线，并将钢带喂入冷弯成型机组的机架上：以方管的管壁2的中心线为轧制中心线；
步骤四、在冷弯成型机组的机架上加装刨边刀架和刀片，将钢带两侧端刨切成斜端面；
步骤五、将对应于钢带轧制中心线的各边按设定的成型道次及成型角度冷弯变形，直至加工成斜端面的钢带两侧端最终闭合在平行于轧制中心的一边，将闭合后的两侧端高频焊接；带钢轧制中心线的两侧边在后几道次中以相同角度对称向上弯曲变形：将冷弯后的管壁3的端面与管壁4的端面进行焊接，同时采用单弧形刀片对焊接毛刺进行刨除，确保焊接面平整、光滑；
步骤六、采用双R包弧设计，配合挤压辊对焊接后的方管顶部尖角和底部圆弧角进行整形并矫直。
2.如权利要求1所述的高强度厚壁小断面双尖角方管成型方法，其特征在于，在步骤五中采用十一道次冷弯成型，前七道次为非对称角度成型，后四道次为对称角度成型，带钢的具体成型过程为：在第一道次至第三道次冷弯成型过程中，将管壁4相对于管壁1向上弯曲并依次与管壁1所在的水平底线成23°、45°、60°的夹角；同时，将管壁3相对于管壁2向上弯曲并与管壁2所在的水平底线依次成5°、8°、16°的夹角；
在第四道次至第七道次冷弯成型过程中，将管壁1相对于管壁2向上弯曲并与管壁2所在的水平底线依次成15°、32°、66°、66°的夹角；同时，将管壁3相对于管壁2向上弯曲并依次与管壁2所在的水平底线成25°、39°、48°、66°；在第八道次至第十一道次冷弯成型过程中，先将管壁1相对于管壁2向上弯曲与管壁2所在的水平底线成80°，同时将管壁3相对于管壁2向上弯曲并与管壁2所在的水平底线成80°，再将管壁3和管壁1相对于管壁2同时对称向上弯曲直至两者与管壁2所在的水平底线均成90°；在第八道次至第十一道次的冷弯成型过程中，管壁3和管壁1的每一道次成型角度均相同。
3.如权利要求1所述的高强度厚壁小断面双尖角方管成型方法，其特征在于，在步骤四中，钢带两侧端刨切成与平面呈42°～46°的斜端面。
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