CN110722015A - 一种角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统。系统包括依次连接的上料装置、辊压导入机组、局部感应加热装置、精成形机组、水冷装置、空冷区和切割装置；精成形机组包括：机架和四个轧辊；四个轧辊设置在机架内，分布在方矩形管的四角，每个轧辊上设置有轧辊移动控制旋钮，控制轧辊同时进行横向、纵向及成形方向的移动；机架上设置有机架旋转控制按钮，控制机架旋转；精成形机组设置有测温仪及自动反馈装置。本发明不但能降低材料成形力，提高材料的成形性能；还可消除由于加工硬化而产生的残余应力以及可能造成的开裂现象，得到的方矩管角部轮廓致密，内外角半径很小，角部角度接近90°，并伴随着角部的增厚。

Description

一种角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统

技术领域

本发明涉及金属材料成型设备技术领域，进一步地说，是涉及一种角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统。

背景技术

钢结构材料被誉为21世纪的“绿色建筑”之一，而方矩形钢管是钢结构中最佳的立柱材料，传统的冷弯成形方矩管由于冷弯成形过程的二次加工硬化效应，使方矩管角部具有很大的残余应力，直接导致其延展性的降低，同时可能带来使用过程中的开裂，极大的限制了方矩管的使用范围，一般不能用在高层建筑中做主要的材料，现在高层建筑中使用的方矩管都是由4片钢板焊接成的方矩管，具有很大的局限性；同时冷弯方矩管的角部半径很大，焊接性能很差，必须使用角部增料等方式来提高其焊接性能，但这样会加大制造成本。

传统的冷弯方矩管成型设备生产的方矩管角部性能较差，角部有残余应力存在且延伸性降低，易发生断裂。

发明内容

为解决传统冷弯方矩管角部的缺陷，本发明提出一种角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统。在传统的辊弯成形工艺中引入热成形技术，即局部感应加热技术。高温不但能降低材料成形力，提高材料的成形性能；同时可消除由于加工硬化而产生的残余应力以及可能造成的开裂现象，并且经过冷热复合成形的方矩管角部轮廓致密，内外角半径很小，角部角度接近90°，并伴随着角部的增厚。

本发明的目的是提出一种角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统。

包括：

依次连接的上料装置、辊压导入机组、局部感应加热装置、精成形机组、水冷装置、空冷区和切割装置；

精成形机组包括：机架和四个轧辊；

四个轧辊设置在机架内，分布在方矩形管的四角，每个轧辊上设置有轧辊移动控制旋钮，控制轧辊同时进行横向、纵向及成形方向的移动；

机架上设置有机架旋转控制按钮，控制机架旋转；

精成形机组设置有测温仪及自动反馈装置。

其中，优选：

所述局部感应加热装置设置有感应线圈，感应线圈对应方矩形管的四角位置外包一层硅钢片，对方矩形管四角进行加热。

所述精成形机组的数量为N，N为大于1的奇数；两台精成形机组之间设置有保温装置。第单数架精成形机组固定不动；第偶数架精成形机组可进行旋转。以成型系统的轴线为轴进行顺时针或逆时针旋转。

综合考虑到成本和效果，优选精成形机组的数量为五台；

第1，3，5架精成形机组固定不动；第2，4架精成形机组可进行转动，以成型系统的轴线为轴进行顺时针或逆时针旋转。

第2，4架精成形机组转动角度均为0-3°。

第2，4架精成形机组通过涡轮蜗杆装置进行旋转。

每前后两个相邻的精成形机组的辊径差取1～5mm。

所述保温装置为火焰喷枪保温装置

本发明具体可采用以下技术方案：

包括：

1、上料装置：将预成品方矩形钢管上料至生产系统中；

2、辊压导入机组两架：经过两个道次的辊压导入系统，将方矩管平稳对称的导入到后续的生产系统中。

3、局部感应加热装置：本系统中，通过感应线圈对应方矩管的四角位置外部包一层硅钢片，利用硅钢片的驱磁导磁作用，引导电磁线的局部分布，从而实现对大圆角半径方矩管四角进行局部加热，同时通过测温仪及自动反馈系统保证加热温度的精准和稳定，加热温度范围是：750℃～1100℃，根据钢种的种类和加热频率来确定加热的时间。

4、精成形机组：5架精成形机组在一起形成了热精整和矫直过程，精成形阶段温度控制在700-950℃之间，经过每个精成形机组，方矩形管的横截面积的变形程度在0-5％范围。5个道次的精成形机组，其中的第1、第3和第5架机组是固定不动的，第2和第4架机组通过涡轮蜗杆装置可以进行旋转。第2和第4架机组可以对方矩管进行相反方向的扭转，角度为0-3°，保证方矩管的平直度，同时，5架精成形机组的速度不同，后一道次的机架会比前一个的速度快一点，因此在各个道次间会产生张力，在张力和第2和第4架机组的共同作用下，对方矩管实现整形和矫直功能，消除热精整过程中产生的扭曲、翘曲等冗余变形。)

5、测温仪及自动反馈系统五个

每一个精成形机架都设有一个测温仪及自动反馈系统，对成形的方矩管温度进行检测与反馈，保证方矩管在加热过程中的恒温。

6、火焰喷枪保温系统四个

精成形机组中，每相邻的两个机架间设置一个，保证管材的恒温，温度控制在700-950℃。

7、水冷装置

通过水冷系统对方矩管进行控冷，保证成品方矩管的强度性能。终冷温度设置在350℃左右，冷却的速度根据不同的钢种和性能需求进行控制。

8、空冷区

水冷后的方矩管会随室温逐渐冷却。

9、切割装置

对成品方矩形管进行横向切割，并按照实际需求的长度进行切割。

本发明的一种角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统，集辊弯成形和热成形的优点于一身。主要解决冷弯方矩管角部减薄，大半径和残余应力等问题，通过角部增厚矩形管的工艺研究，诠释热辊弯工艺对于角部增厚矩形管的可行性。

本发明的角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统，属于局部加热辊弯成形设备领域，用于解决方矩管冷弯成形角部减薄的问题。成型涉及到的方矩管是无水的，且装置本身属于二次成型装置。所述的传入机组依次设至少2道次机架，使一次成形方矩管平稳对称的进入后面的设备，感应加热使用特定的加热线圈对其加热，二次精成形机组包含5个道次，起到整形和矫直作用，同时穿插进火焰喷枪保温装置，防止方矩管温度降低，最后利用水冷装置对成形后的方矩管进行淬火，保证成品的强度性能。

本发明通过感应加热的矩形管达到一定温度后，四个圆角部位塑性性能提高，而其它母材强度不受影响。进入精整工序，在四向挤压应力的作用及感应加热集肤效应影响下，方矩管外侧金属向内侧流动受阻，迫使其向方管外角区域流动，实现了角部增厚，圆角半径减小，同时达到产品尺寸精度。

本发明的局部感应加热系统中，通过该发明自制的感应加热系统，能够实现避开母材平面区域条件下，均匀准确同时的加热矩形管的四个弯角部位。还配置了自动反馈温度调节系统，该系统通过温度测量仪，捕捉成形前的温度反馈给感应加热系统，若测得温度在成形温度区间内，则保持当前功率；若不在，则迅速升高或降低功率来调节适合的成形温度，从而保证加热温度的恒定。

现有技术的精成形机组的轧辊轧机是对方矩管的四个边的板平面进行辊压，且轧辊不能进行移动，因此，生产的方矩管的边长有多大，轧辊就需要有多大，这大大的限制了大尺寸规格的方矩管的生产，一套设备只能生产一种规格的产品。而本发明的精成形机组的轧辊分布在方矩管的四个角部，直接对方矩管的四个外角进行辊压成形，且4个角部的轧辊可以同时进行横向、纵向以及成形方向(斜向)的移动，来适用不同尺寸规模的方矩管的成形。因此，本发明的系统制备的方矩管的成形的尺寸范围相比现有技术大大提升，最多可以生产周长80mm-9600mm，壁厚6mm-80mm的方矩形钢管。并且，本发明是对方矩管的角部进行辊压成形，不用更换轧辊，可以用一套设备生产所有规格的产品，大大的降低了生产的成本。

本发明优选5个精成形机组，其中第1，3，5架精成形机组是固定不动的，确保方矩管在成型过程中行进方向和成形方向的稳定性，其中的第2、4架机组可以进行旋转，可以对成型过程中出现的扭曲、翘曲等冗余变形进行即时的矫直和修正，消除各种缺陷，使得到的方矩管产品的外形精度和性能质量大大提高。同时因为精成形机组共有5架，可以更大程度范围的改变方矩管的角部形状，使其更接近于直角，角部壁厚增加的更明显，这使得方矩管的截面性能提升，力学性能和焊接性能等变得更好，同时可生产方矩管的壁厚尺寸范围也变得更大。

除了第一架精成形机组，之后的精成形机组每个前面都有一个保温装置来确保方矩管在整个的精成形过程中温度的恒定，方矩管的成形温度恒定，变形更容易，方矩管的角部可以有能力且更容易的变成直角，角部壁厚额增加也变得水到渠成，其可以生产的方矩管的尺寸规模也变得更大，同时得到的方矩管的性能条件会更好。

本发明与现有的技术相比，所具有的优势在于：

(1)与传统辊弯成形设备相比，一种角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统增加了感应加热设备及保温设备，二次成型过程在高温条件下进行，极大改善了方矩管角部性能，减小残余应力，防止加工硬化，在保证原材料强度情况下对母材基本没有影响，同时成形过程对设备的磨损变小，水冷装置的加入可以确保方矩管的力学性能。

(2)本装置覆盖所有钢种的生产，同时生产的规模范围广，为周长80mm-9600mm，壁厚6mm-80mm。

附图说明

图1本发明提供的一种角部增厚矩形管成型系统示意图；

图2本发明的精成形机组转动示意图；

图3本发明的精成形机组结构示意图；

图4现有技术的精成形机组的辊压示意图；

图5本发明的精成形机组的辊压示意图；

图6本发明的局部感应加热装置示意图。

附图标记说明：

1、上料装置；2、辊压导入机组；3、局部感应加热装置；4、精成形机组；5、测温仪及自动反馈系统；6、火焰喷枪保温装置；7、水冷装置；8、空冷区；9、切割装置；11、预成形方矩管；12、轧辊移动控制旋钮；13、轧辊；14、机架旋转控制旋钮；15硅钢片；16感应加热线圈。

具体实施方式

实施例

一种角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统，包括：依次连接的上料装置1、辊压导入机组2、局部感应加热装置3、精成形机组4、水冷装置7、空冷区8和切割装置9；

精成形机组4包括：机架和四个轧辊13；

四个轧辊13设置在机架内，分布在方矩形管的四角，每个轧辊上设置有轧辊移动控制旋钮12，控制轧辊同时进行横向、纵向及成形方向的移动；

机架上设置有机架旋转控制按钮14，控制机架旋转；

精成形机组4设置有测温仪及自动反馈装置5。

所述局部感应加热装置2设置有感应线圈16，感应线圈对应方矩形管的四角位置外包一层硅钢片15，对方矩形管四角进行加热。

所述精成形机组为五台，两台精成形机组之间设置有保温装置。第1，3，5架精成形机组固定不动；第2，4架精成形机组可以进行转动，第2，4架精成形机组可进行旋转。本实施例的热精整辊压轧制过程中，方矩管未发生扭曲等缺陷，所以第2，4架精成形机组转动角度均为0°所述保温装置为火焰喷枪保温装置6。

成型方法包括：

(1)将Q235钢板预弯成外圆角半径R＝20.0mm的预成形方矩管，尺寸为200*200mm，其中平板区域壁厚为8.0mm，角部壁厚为7.8mm。

(2)将预成形方矩管进过导辊送入局部感应加热装置，加热温度为1050℃，加热时间为15秒；

(3)之后经过五台精成形机组成形，每两架成形机组间的火焰喷枪保温系统温度为950℃，每相邻的两架精成形机组间的辊径差取值为3mm，每架精成形机组的变形程度在3％左右。

(4)经过热精整后，获得尺寸为193*193mm，平板区域壁厚为8mm，角部壁厚为8.8mm，外圆角半径为2mm的矩形管，经质量检测，该冷热复合成形方矩管残余应力消除，加工硬化消除，塑性能力得到加强。

Claims (9)

1.一种角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统，其特征在于：

所述系统包括依次连接的上料装置、辊压导入机组、局部感应加热装置、精成形机组、水冷装置、空冷区和切割装置；

精成形机组包括：机架和四个轧辊；

四个轧辊设置在机架内，分布在方矩形管的四角，每个轧辊上设置有轧辊移动控制旋钮，控制轧辊同时进行横向、纵向及成形方向的移动；

机架上设置有机架旋转控制按钮，控制机架旋转；

精成形机组设置有测温仪及自动反馈装置。

2.如权利要求1所述的角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统，其特征在于：

所述局部感应加热装置设置有感应线圈，感应线圈对应方矩形管的四角位置外包一层硅钢片，对方矩形管四角进行加热。

3.如权利要求1所述的角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统，其特征在于：

所述精成形机组的数量为N，N为大于1的奇数；两台精成形机组之间设置有保温装置；

第单数架精成形机组固定不动；第偶数架精成形机组可进行旋转。

4.如权利要求3所述的角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统，其特征在于：

所述精成形机组的数量为五台。

5.如权利要求4所述的角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统，其特征在于：

第1，3，5架精成形机组固定不动；第2，4架精成形机组可进行旋转。

6.如权利要求5所述的角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统，其特征在于：

第2，4架精成形机组旋转角度均为0-3°。

7.如权利要求5所述的角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统，其特征在于：

第2，4架精成形机组通过涡轮蜗杆装置进行旋转。

8.如权利要求3所述的角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统，其特征在于：

每前后两个相邻的精成形机组的辊径差取1～5mm。

9.如权利要求3所述的角部增厚的冷热复合成形方矩形管成型系统，其特征在于：

所述保温装置为火焰喷枪保温装置。

Images