CN112543683A - 弯曲矫正方法 - Google Patents

Abstract

一种弯曲矫正方法，将具有弯曲的钢管以凸部向上方的状态进行载置，并由加压部从钢管的上方以目标载荷值对钢管进行加压，来将钢管矫直，该弯曲矫正方法包括以下工序：工序(a)，测定在加压时加压部处于下止点时的下止点载荷值(Pk)；工序(b)，测定在工序(a)中进行加压之前的钢管的弯曲量与在工序(a)中进行加压之后的钢管的弯曲量之间的弯曲量的变化量(Δδ)；工序(c)，重复多次工序(a)和工序(b)，来生成关系式Pk＝f(Δδ)；以及工序(d)，根据关系式Pk＝f(Δδ)，来决定下一次加压的目标载荷值。

Description

弯曲矫正方法

技术领域

本发明涉及一种弯曲矫正方法。

背景技术

管或棒材等钢材在其制造过程中发生弯曲。在专利文献1和专利文献2中公开了一种对管或棒材的弯曲进行矫正的矫正方法。图7是用于说明以往的弯曲矫正方法的原理的图。

在专利文献1、2所记载的矫正方法中提出了如下方法：连续地时刻测量进行加压矫正时的载荷和挠曲量，在超过载荷与挠曲量成比例地增大的界限且(挠曲量-矫正载荷×比例系数)达到了预先设定的矫正量的时间点进行载荷移除。即，该矫正方法在施加矫正载荷之前事先测量弯曲量，并采用规定的方法来决定用于提供为了矫正该弯曲所需要的弯曲矫直变形的加压过程中的材料挠曲量δ₁，在实施加压弯曲加工直到达到该挠曲量δ₁之后进行载荷移除，由此对管的弯曲进行矫正。

下面叙述决定挠曲量δ₁的观点。首先，测量载置在跨距L的2个支点上的矫正前的材料的初始弯曲δ₀。列举初始弯曲δ₀的测量方法的一例，使载置在2个支点上的材料绕轴芯旋转，通过设置在材料下方的千分表(dial gauge)等测定机来测量支点间中央部的振幅。将该支点间中央部的振幅的二分之一视为应进行弯曲矫正的弯曲加工量的目标值δ₀。

在实施弯曲矫正时，将材料以使材料弯曲的凸向为正上方向的方式放置在两个支点上，利用安装在液压缸的前端的加压治具使材料中央部向下方弯曲。关于此时所提供的载荷P与材料弯曲位移δ之间的关系，在开始按压的最初阶段，材料变形处于弹性区域，P-δ曲线的斜率为λ1。当加压弯曲加剧，载荷P逐渐增加时，最初是在斜率λ1的弹性变形区域，但是当到达塑性变形区域时，载荷P的增加变缓，材料的塑性弯曲加剧。然后，在达到事先决定的加压弯曲挠曲量δ₁的时间点停止加压操作，进行载荷移除。在载荷移除时，通过载荷移除前的作用载荷而被提供至材料的弹性变形被释放，在载荷完全被移除之后，作为永久变形的塑性弯曲δ₀被残留。由此，能够进行与初始弯曲量相同的量的拉直，从而能够进行弯曲矫正。

在专利文献1、2中，其特征在于，在载荷位移曲线中，考虑斜率λ1与斜率λ2的差异来决定前面叙述的到加压下止点位置为止的弯曲量δ₁，其中，斜率λ1是最初施加弯曲载荷时的弹性区域的斜率，斜率λ2是在到达加压下止点后进行载荷移除从而弹性变形部分被释放的所谓回弹时的斜率。即，着眼于载荷施加时的斜率和载荷移除时的斜率分别为λ₁、λ₂、而两者通常不一致这一点，来决定加压操作量。其原因被认为是由于与被矫正材料的历史矫正相伴的包辛格(Bauschinger)效应或残余应力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭63-199025号公报

专利文献2：日本特开平10-5872号公报

发明内容

发明要解决的问题

在这些专利文献1、2中，一边观察图7所示的载荷-位移的关系的行为一边决定加压弯曲量δ₁。这在塑性变形的行为明确的情况下、例如在矫正大的弯曲的情况下是有效的。然而，本发明人们发现：在矫正微小的弯曲的情况下，如果使用专利文献1、2中记载的方法，则存在下面这样的问题。

即，即使采用专利文献1、2所示的方法对弯曲进行了矫正，仅通过1次加压操作也难以实施高精度的矫直。例如，大多要求将每1m在0.5mm至1mm以下的矫直水平作为产品规格，但是由于前面记述的包辛格效应或材料机械特性的微妙的变动，还由于装置间隙或装置刚性等各种偏差因素，仅采用专利文献1、2中记载的方法难以1次达到这样的矫直水平。因此，现有例的技术难以应用于实际的操作作业现场的加压矫正，因此仍然处于不得不依靠熟练作业者的加压操作的状况。

本发明人们详细地研究现有技术的不足时发现：为了进行高精度的矫直，需要最终进行稍许弯曲量的调整，即实施精矫正，但是在该情况下，需要进行即使通过在线测量来观察载荷位移曲线也无法明确地读取到向塑性区域的转移那样的、在轻载荷施加区域的矫正加工。即，发现以下情况：如图8所示，在实施那样的微小弯曲加工的情况下，不通过如专利文献1、2中记述那样的操作，而通过在一看就是弹性变形区域的轻载荷施加区域进行载荷移除的操作，能够进行基于作为目标的微小弯曲变形的精矫正，其中，专利文献1、2中记述那样的操作是在加压载荷施加时能够观察到向塑性变形区域转移、例如加压操作到超过了图7所示的B点的区域为止的操作。图8是示出以各种加压行程量进行加压操作时的载荷与弯曲量之间的关系的图。

并且发现：在这样的轻载荷施加变形区域中，载荷移除时的斜率λ₂不像专利文献1、2中所示那样是固定的，而是根据开始进行载荷移除的加压下止点载荷值的水平而微妙地变化。在图8中，加压下止点位置B3、B4相当于超过图7的B点进行加压加工的情况。另外，加压下止点位置B1、B2相当于上述的在一看就是弹性变形区域的轻载荷施加区域的加压加工。在此，将从B1、B2、B3、B4分别进行载荷移除时的斜率图示为λ21、λ22、λ23、λ24，λ23与λ24同现有技术同样，是相等的，但是在轻载荷施加区域，λ21、λ22互不相同。因而，一边观察加压操作中的载荷位移曲线的形状一边假定载荷移除时的斜率λ2来决定加压加工的操作量的现有技术的观点无法进行精矫正。因此，本发明人们详细地调查了在一看就是弹性区域这样的加压操作区域中进行加压操作时的下止点载荷P与载荷移除后的管的弯曲量的变化Δδ之间的关系，基于该关系的数据库，进行加压操作到成为能够获得前面记述的矫正目标量δ₀的Δδ的加压载荷P为止，进行载荷移除。

而且，发现以下情况：在以往没有使用过的区域中，在将加压控制的操作量设为对钢材施加的目标载荷值的情况下，与将加压中的钢材的位移设为加压控制的操作量的专利文献1、2的情况相比，能够易于进行加压控制，提高弯曲矫正的精度。

本发明的目的在于提供一种通过决定目标载荷值并以该目标载荷值进行加压控制来提高弯曲矫正的精度的弯曲矫正方法。

用于解决问题的方案

本发明是一种弯曲矫正方法，将具有弯曲的管体以凸部向上方的状态进行载置，并由加压部从所述管体的上方以目标载荷值对所述管体进行加压，来将所述管体矫直，所述弯曲矫正方法包括以下工序：工序(a)，测定在加压时所述加压部处于下止点时的下止点载荷值；工序(b)，测定在所述工序(a)中进行加压之前的所述管体的弯曲量与在所述工序(a)中进行加压之后的所述管体的弯曲量之间的弯曲量的变化量；工序(c)，重复多次所述工序(a)和所述工序(b)，来生成所述下止点载荷值与所述弯曲量的变化量之间的关系；以及工序(d)，根据所述关系，来决定下一次加压的目标载荷值。

发明的效果

根据本发明，收集下止点载荷值和弯曲量的变化量，来生成下止点载荷值与弯曲量的变化量之间的关系，并根据该关系来决定对管体进行加压的目标载荷值。而且，通过将目标载荷值设为加压控制的操作量，能够易于进行加压控制，提高弯曲矫正的精度。

附图说明

图1是用于说明对钢管进行加压矫正的加压矫正装置的图。

图2是用于说明钢管的弯曲量的图。

图3是用于说明由位移计测定的旋转振幅值的图。

图4是用于说明关系式Pk＝f(Δδ)的图。

图5是示出弯曲矫正方法的过程的流程图。

图6是示出使用关系式Pk＝f(Δδ)进行弯曲矫正方法得到的实验结果的图。

图7是用于说明以往的弯曲矫正方法的图。

图8是示出以各种加压行程量进行加压操作时的载荷与弯曲量之间的关系的图。

具体实施方式

下面说明的弯曲矫正方法是利用加压矫正装置对作为管体的钢管中产生的弯曲部分进行加压来将钢管矫直的方法。

图1是用于说明对钢管100进行加压矫正的加压矫正装置1的图。

由加压矫正装置1来加压矫正的钢管100例如具有弧形的弯曲。例如在钢管100的制造过程中，在热加工或冷加工时发生钢管100的弯曲。

加压矫正装置1具备双点支承部2。双点支承部2对将轴向设为水平方向的状态的钢管100进行双点支承。将钢管100以凸部向上方的状态载置于双点支承部2。

加压矫正装置1具备加压部3。加压部3具有加压缸31和加压板32。加压部3对被载置于双点支承部2的钢管100进行加压，来施加载荷。

加压缸31具有未图示的杆，在该杆的顶端设置有加压板32。加压缸31与液压单元33连接，通过液压单元33的工作来使杆伸缩，由此进行加压板32的升降动作以及针对钢管100的加压控制。

加压板32通过加压缸31的杆的伸缩来进行升降。加压板32通过加压缸31的杆伸长，来从被载置于双点支承部2的钢管100的上方对该钢管100进行加压，来施加载荷。

在加压缸31设置有载荷传感器34。载荷传感器34用于测定加压板32对钢管100进行加压的载荷值P。在由加压板32进行加压的过程中，载荷传感器34适当地测定载荷值P，并将其测定值输出到后述的控制部10。

加压矫正装置1具备位移计4。位移计4用于测定被加压部3加压而弯曲的钢管100的弯曲量δ。

图2是用于说明钢管100的弯曲量δ的图。弯曲量δ是以双点支承部2支承钢管100的支承点为基准水平的、相对于该基准水平的位移量。

位移计4测定钢管100中加压部3相对于钢管100的轴向的弯曲量δ。位移计4将测定值输出到后述的控制部10。位移计4可以是以与钢管100接触的方式测定弯曲量δ的接触式位移计，也可以是以与钢管100非接触的方式测定弯曲量δ的非接触式位移计。

加压矫正装置1具备位移计4和一对旋转辊51。一对旋转辊51以夹持钢管100的一端对钢管100进行了保持的状态旋转。此外，加压矫正装置1通过加压部3对钢管100进行加压，加压矫正装置1在钢管100的载荷移除后，将钢管100从双点支承部2提起，并通过一对旋转辊51使钢管100旋转。

位移计4测定通过一对旋转辊51来旋转的钢管100的旋转振幅值S。由位移计4测定旋转振幅值S，能够测定该旋转振幅值S的二分之一作为加压后的钢管100的残余弯曲量δa。此外，位移计4例如是千分表。

图3是用于说明由位移计4测定的旋转振幅值S的图。

钢管100当开始被加压部3加压时发生弹性变形，当进一步持续被加压时发生塑性变形。当在塑性变形区域发生弯曲的状态下被载荷移除时，钢管100维持弯曲的状态。在载荷移除后的钢管100发生了塑性变形的状态下，上述的相对于基准水平的弯曲量δ为残余弯曲量δa。

位移计4测定被一对旋转辊51旋转后的钢管100的下侧的旋转振幅值S。也就是说，被加压后的钢管100的残余弯曲量δa能够通过设为由位移计4测定出的旋转振幅值S的1/2来获得。

返回到图1。加压矫正装置1具备控制部10。控制部10例如是使用PC等的控制电路。控制部10对液压单元33进行驱动控制来对钢管100进行加压。另外，控制部10对一对旋转辊51进行驱动控制，来使钢管100以旋转轴Ax为中心旋转。

控制部10从载荷传感器34和位移计4分别获取测定结果。

控制部10使用载荷传感器34的测定值对液压单元33进行反馈控制，来进行加压部3的加压控制。另外，控制部10测定在加压时加压部3处于下止点时的下止点载荷值Pk。加压部3处于下止点时是指加压缸31具有的杆(未图示)处于下止点时。

另外，控制部10根据位移计4的测定值，来测定进行加压前的钢管100的弯曲量δ与进行加压后的钢管100的弯曲量δ之间的变化量Δδ。在此，进行加压后是指将加压的载荷移除从而没有由加压部3对钢管100施加载荷的状态。

并且，控制部10根据如用图3说明的那样由位移计4测定出的旋转振幅值S来测定钢管100的残余弯曲量δa。

控制部10收集多个下止点载荷值Pk和多个变化量Δδ，来生成Pk-Δδ的关系式Pk＝f(Δδ)。

图4是用于说明关系式Pk＝f(Δδ)的图。图4的黑圆是在1次加压中测定出的下止点载荷值Pk和变化量Δδ。图4示出以加压跨距1500mm对外径为34mm且壁厚为2.6mm的碳钢钢管进行支承并由加压部3对该碳钢钢管进行加压的情况下的数据。加压跨距是双点支承部2支承钢管100的2个支承点之间的距离。

在图4中，例如在以2.9[kN]的下止点载荷值Pk对钢管100进行加压的情况下，在该加压前后，钢管100的弯曲量δ的变化量Δδ约为0.4[mm]。在该情况下，钢管100发生塑性变形。

另一方面，例如在以2.7[kN]的下止点载荷值Pk对钢管100进行加压的情况下，在该加压前后，钢管100的弯曲量δ的变化量Δδ约为0[mm]。在该情况下，钢管100发生弹性变形。

控制部10当收集到多个测定出的下止点载荷值Pk和多个变化量Δδ时，生成Pk-Δδ的关系式Pk＝f(Δδ)。关系式Pk＝f(Δδ)是如图4中用实线所示那样、根据多个数据获取到的回归式。关系式Pk＝f(Δδ)通过下面的式(1)来表示。

Pk＝a·Δδ⁴+b·Δδ³+c·Δδ²+d·Δδ+e (1)

其中，a＝-0.0269，b＝0.174，c＝-0.416，d＝0.467，e＝2.77。此外，每当测定下止点载荷值Pk和变化量Δδ时，随时更新式(1)。

控制部10根据式(1)所示的关系式Pk＝f(Δδ)以及钢管100的残余弯曲量δa，来决定下一次加压时的载荷值(下面称为目标载荷值Pa)。根据关系式Pk＝f(Δδ)，能够决定使钢管100的残余弯曲量δa塑性变形来进行弯曲矫正所需要的载荷值。例如，在钢管100的残余弯曲量δa为约1.8mm的情况下，使钢管100的约1.8mm塑性变形所需要的载荷值为约3.0kN(参照图4)。控制部10将目标载荷值Pa设为约3.0kN来对钢管100进行加压。

控制部10在以目标载荷值Pa进行加压的情况下，一边参照载荷传感器34的测定结果一边对液压单元33进行反馈控制来对钢管100进行加压。而且，控制部10重复针对钢管100的加压，直到残余弯曲量δa成为阈值以下为止，从而将钢管100拉直。阈值优选为1mm，更优选为0.5mm。

下面，详细记述由加压矫正装置1进行的弯曲矫正方法。图5是示出弯曲矫正方法的过程的流程图。

首先，控制部10通过加压部3对钢管100进行加压(S1)。详细地说，控制部10使液压单元33工作来使加压缸31的杆伸长。然后，控制部10借助加压板32来对载置于双点支承部2的钢管100进行加压。此时，控制部10一边获取载荷传感器34的测定结果一边对液压单元33进行控制，以使载荷值P成为目标载荷值Pa。

此外，对于步骤S1，在为初次的钢管制造或尚未构建充分的数据库、且没有高精度地生成上述的关系式Pk＝f(Δδ)的情况下，即在无法根据关系式Pk＝f(Δδ)严密地决定目标载荷值Pa的情况下，可以由控制部10基于该材料的材料强度水平和简单的弹性弯曲变形预测式来开始进行操作。或者，也可以以通过作业者的经验法则或其它方法决定出的载荷值进行加压。

接着，控制部10测定下止点载荷值Pk(S2)。之后，控制部10进行载荷移除(S3)，测定变化量Δδ(S4)。变化量Δδ如上述那样被测定为加压前的钢管100的弯曲量δ与加压后的钢管100的弯曲量δ之差。

在步骤S5中，控制部10根据下止点载荷值Pk和变化量Δδ，来生成关系式Pk＝f(Δδ)。此时，在没有生成关系式Pk＝f(Δδ)的情况下，控制部10重复多次步骤S1～步骤S4，并在收集了多个下止点载荷值Pk和多个变化量Δδ之后，生成关系式Pk＝f(Δδ)。另一方面，在已经生成了关系式Pk＝f(Δδ)的情况下，控制部10使用在步骤S2测定出的下止点载荷值Pk和在步骤S4测定出的变化量Δδ，来更新已有的关系式Pk＝f(Δδ)。

接着，控制部10对一对旋转辊51进行旋转控制，来使钢管100旋转(S6)。控制部10通过位移计4来测定旋转振幅值S(S7)。然后，控制部10根据测定出的旋转振幅值S来决定钢管100的残余弯曲量δa(S8)。

控制部10判定钢管100的矫正后的残余弯曲量δa是否为阈值(例如1mm或0.5mm)以下(S9)。在残余弯曲量δa为阈值以下的情况下(S9：“是”)，控制部10判定为钢管100被拉直。由此，弯曲矫正方法结束。

在残余弯曲量δa不为阈值以下的情况下(S9：“否”)，控制部10判定为钢管100未被拉直。然后，控制部10根据关系式Pk＝f(Δδ)和残余弯曲量δa，来决定目标载荷值Pa(S10)。详细地说，控制部10通过将残余弯曲量δa代入式(1)的Δδ，来计算载荷值Pk。控制部10将计算出的载荷值Pk决定为目标载荷值Pa。

控制部10返回到步骤S1，以决定的目标载荷值Pa对钢管100进行加压。此外，在通过步骤S1进行加压之前钢管100的凸部向下方的情况下，使钢管100旋转以使钢管100的凸部向上方。

通过重复以上工序，钢管100的弯曲被矫正，钢管100被拉直。由于关系式Pk＝f(Δδ)随时被更新，因此随着重复弯曲矫正的加压，根据关系式Pk＝f(Δδ)决定的目标载荷值Pa的可靠度变高。其结果，弯曲矫正的精度提高。

图6是示出使用关系式Pk＝f(Δδ)进行弯曲矫正方法得到的实验结果的图。在图6中，“道次(Path)”是指利用加压部3进行加压的工序。“道次No”为“1”是指对钢管100进行了1次加压，“道次No”为“2”是指对钢管100进行了2次加压。另外，“实际载荷值”为在控制部10控制液压单元33来以“目标载荷值Pa”进行加压时由载荷传感器34测定出的载荷值P。

在本实施方式的弯曲矫正方法中，不测定加压中的钢管100的弯曲量而仅使用目标载荷值Pa来进行加压控制。而且，如图6所示，实际载荷值与目标载荷值Pa大致一致。也就是说，在本实施方式中，高精度地进行了加压控制。其结果，如从图6所能读取到的那样，在第四次的加压中，钢管100的弯曲量δ为0.5mm以下。像这样，在本实施方式的弯曲矫正方法中，能够获得高精度的结果。

如以上那样，以往，如用图7说明的那样，使用在塑性变形区域生成的载荷移除曲线的斜率斜率λ2，一边观察在塑性变形区域进行加压过程中的钢管的位移，一边进行弯曲矫正，与此相对，在本实施方式中，在图7的紧接在开始进行加压载荷施加后一看就是弹性变形区域(载荷以斜率λ1增加的区域)中，生成上述式(1)的关系。而且，在该区域中，以根据式(1)的关系决定的目标载荷值Pa进行弯曲矫正。通过将载荷值设为控制参数，无需如以往那样在弯曲矫正时观察加压中的钢管的位移，即使弯曲位移量小，也能够高精度地进行加压控制。特别是，本实施方式对于要求每1m长度的弯曲位移为1mm至0.5mm以下的品质水平是有效的。

附图标记说明

1：加压矫正装置；2：双点支承部；3：加压部；4：位移计；10：控制部；31：加压缸；32：加压板；33：液压单元；34：载荷传感器；51：旋转辊；100：钢管。

Claims (6)

1.一种弯曲矫正方法，将具有弯曲的管体以凸部向上方的状态进行载置，并由加压部从所述管体的上方以目标载荷值对所述管体进行加压，来将所述管体矫直，所述弯曲矫正方法包括以下工序：

工序(a)，测定在加压时所述加压部处于下止点时的下止点载荷值；

工序(b)，测定在所述工序(a)中进行加压之前的所述管体的弯曲量与在所述工序(a)中进行加压之后的所述管体的弯曲量之间的弯曲量的变化量；

工序(c)，重复多次所述工序(a)和所述工序(b)，来生成所述下止点载荷值与所述弯曲量的变化量之间的关系；以及

工序(d)，根据所述关系，来决定下一次加压的目标载荷值。

2.根据权利要求1所述的弯曲矫正方法，其中，还包括以下工序：

工序(e)，测定在以在所述工序(d)中决定的所述目标载荷值进行加压的情况下、所述加压部处于所述下止点时的所述下止点载荷值；

工序(f)，测定在所述工序(e)中进行加压之前的所述管体的弯曲量与在所述工序(e)中进行加压之后的所述管体的弯曲量之间的弯曲量的变化量；以及

工序(g)，使用在所述工序(e)中测定出的所述下止点载荷值和在所述工序(f)中测定出的所述弯曲量的变化量，来更新所述关系。

3.根据权利要求1或2所述的弯曲矫正方法，其中，

还包括工序(h)，在工序(h)测定加压后的所述管体的残余弯曲量，

在所述工序(d)中，根据所述关系和所述残余弯曲量，来决定所述目标载荷值。

4.根据权利要求3所述的弯曲矫正方法，其中，

在所述工序(h)中，在加压后，使所述管体以轴向为中心旋转，来测定所述管体的旋转振幅值，根据所述旋转振幅值来测定所述残余弯曲量。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的弯曲矫正方法，其中，

重复所述工序(a)～(d)，直到加压后的所述管体的弯曲量成为阈值以下为止。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的弯曲矫正方法，其中，

所述管体为钢管。

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