CN112588896A - 一种带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷弯成型技术领域，尤其涉及一种带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法。发明是以成型管的中心线作为轧制中心线在轧辊上经过数道次粗成形过程，直至加工成斜端面的钢带两端最终闭合再轧制中心线上，成型管由底边、外侧腰边、外侧焊接边、内侧焊接边以及内侧腰边围合成型的非对称五边形形状，且其底边与外侧腰边夹角为90°，底边与内侧腰边夹角为90°，外侧腰边与外侧焊接边的夹角和内侧腰边与内侧焊接边的夹角均为钝角且不相等，外侧焊接边和内侧焊接边焊合后形成尖角，成型管的中心线为经过尖角且与成型管底边垂直的线段。能够实现带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的精准成型。

Description

一种带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法

技术领域

本发明涉及冷弯成型技术领域，尤其涉及一种带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法。

背景技术

结合图1所示，五边带尖角薄壁冷弯钢管应用于铁道货车车厢的边部支架，其中外侧焊接边3和内侧焊接边4分别与铁道车厢外箱体拼焊，起到支撑车厢作用。结合图2所示，传统的冷弯尖角钢管为普通方矩形带一个尖角的钢管，由于形状简单，易于成形，且由于其尖角面为水平面，挤压焊接质量较易控制，而且外焊缝也易于刨平整。由于五边带尖角薄壁冷弯钢管具有薄壁和非对称形状，导致焊接质量不稳定，难以精整成型，次品率高。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，能够实现带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的精准成型。

为实现上述目的，本发明所设计的带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，是以成型管的中心线O-O作为轧制中心线在轧辊上经过数道次粗成形过程，直至加工成斜端面的钢带两端最终闭合再轧制中心线上，然后在接合处经挤压、焊接成型过程形成尖角，再经外焊缝刨削过程、精整过程、矫直过程而完成，所述成型管由底边、外侧腰边、外侧焊接边、内侧焊接边以及内侧腰边围合成型的非对称五边形形状，且其底边与外侧腰边夹角α1为90°，底边与内侧腰边夹角α2为90°，外侧腰边与外侧焊接边的夹角α3和内侧腰边与内侧焊接边的夹角α4均为钝角且不相等，外侧焊接边和内侧焊接边焊合后形成尖角，成型管的中心线O-O为经过尖角且与成型管底边垂直的线段。

作为优选方案，所述粗成形过程包括一弯成型工序、二弯成形工序和封闭成型工序，一弯成型工序是经过三道次冷弯对称成型外侧焊接边和内侧焊接边，二弯成型工序是经过四道次冷弯对称成型外侧腰边和内侧腰边，封闭成型是经过三道次封闭成型外侧焊接边、内侧焊接边、外侧腰边和内侧腰边。

作为优选方案，成型管的外侧腰边与外侧焊接边的夹角α3为116.7°和内侧腰边与内侧焊接边的夹角α4为135.7°。

作为优选方案，所述一弯成型工序是通过轧辊按照内侧焊接边为16°、32°、48°，外侧焊接边为16°、32°、48°的角度将钢管的两侧焊接边经过三道次冷弯对称成型至48°，二弯成型工序是通过轧辊按照16°、32°、48°、64°的角度将钢管的内侧腰边和外侧腰边经过四道次冷弯对称成型至64°，封闭成型是通过轧辊按照78°、86°、90°的角度将钢管的外侧腰边和内侧腰边经过三道次对称成型至90°，同时按照内侧焊接边为38、41.3°、42.3°和外侧焊接边为50°、55.3°、57.3°的角度将钢管的内侧焊接边和外侧焊接边分别经过三道次成型至42.3°和57.3°。

作为优选方案，所述一弯成型工序中三道次冷弯成型依次设置14.4±0.5mm、8.8±0.5mm、3.4±0.5mm的下山量；二弯成型工序中四道次冷弯成型依次设置4.6±0.5mm、4±0.5mm、7.2±0.5mm、5.3±0.5mm、的下山量，封闭成型工序中三道次冷弯成型依次设置4±0.5mm1.5±0.5mm、0mm的下山量。

作为优选方案，所述一弯成型工序和二弯成型工序中每架次均采用平辊和立辊交替方式，封闭成型工序中采用平辊方式。

作为优选方案，所述挤压、焊接成型过程中采用五辊式挤压辊，底部的两个下挤压辊托住钢管的底部，两侧的两个侧挤压辊均为箱型辊分别包住外侧腰边、外侧焊接边、内侧焊接边以及内侧腰边，顶部的上挤压辊的作用于外侧焊接边，经过挤压、焊接成型过程后，底边与外侧腰边夹角α1为90°，底边与内侧腰边夹角α2为90°，外侧腰边与外侧焊接边的夹角α3和内侧腰边与内侧焊接边的夹角α4均对应比成型管小5～7°。

作为优选方案，所述外焊缝刨削过程中，利用单弧形刨削刀进行外焊缝刨削，所述单弧形刨削刀的刀片为半径R为15～20mm的弧形刀片，所述单弧形刨削刀共两把，每把单弧形刨削刀的刀耙的倾斜角度β分别与外侧焊接边的倾斜角度和内侧焊接边的倾斜角度一致。

作为优选方案，所述精整过程中，采用五架次的定径辊，定径辊包括两个定径上辊、两个定径侧辊和一个定径下辊，第一、第二、第五架次采用均匀变形原则进行整形，每架次单边精整形量均为0.5mm，第三架次的两个定径上辊均采用凸形辊，第四架次的一个定径下辊和两个定径侧辊均采用凸形辊。

作为优选方案，所述矫直过程中采用两架次矫直辊对钢管直线度进行矫直整形，矫直辊为由一个矫直下辊、两个矫直侧辊和一个土耳其头辊组成的封闭型矫直辊。

与现有冷弯钢管的成型方法相比，本发明的带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法具有以下的优点：

1，传统方法确定轧制中心线一般以成型管底边的中心为轧制中心线，本申请以经过成型管尖角且与成型管底边垂直的线段为轧制中心线，对应于钢管轧制中心线的各边按设定的成型道次及成型角度粗成形，直至加工成斜端面的钢带两侧端最终闭合在轧制中心线上，使得尖角处焊接及两外焊缝面刨削处于轧机中心位置，便于焊接及刨削的稳定性。

2，本发明通过优化粗成形道次、每道次的成型角度、回弹角度、下山量的工艺参数使成型管的尺寸、角度值、直线度等质量参数达到标准要求。

3，本发明在挤压、焊接成型过程中采用五辊式挤压辊，一个上挤压辊挤压，更便于用力压下；两个侧挤压辊与两个下挤压辊均为箱型辊，使钢管在挤压焊接更加稳定；另外，由于钢管具有薄壁回弹大，本发明采用上挤压辊、两个侧挤压辊采用挤压角度均小于成品角度的方式，有效降低了外侧焊接边和内侧焊接边的回弹。

4，本发明在外焊缝刨削过程中，与传统的水平、平直刀片刨削不同，本发明两单边分别采用带倾斜角度(与外侧焊接边和内侧焊接边的倾斜角度一致)的单弧形刨削刀进行外焊缝刨削，不仅保证刨除的外毛刺易导出，而且确保了刨削表面的平整光洁。

5，本发明在精整过程中，采用凸形辊能够更好地对钢管平面度进行整形。

附图说明

图1为本发明中成型管(五边带尖角薄壁冷弯钢管)的截面图；

图2为传统四边形带尖角冷弯钢管的截面图；

图3为本发明中薄壁冷弯钢管的粗成形辊花图；

图4为本发明中薄壁冷弯钢管的粗成形工艺图；

图5为本发明中薄壁冷弯钢管在粗成形过程中利用平辊辊压示意图；

图6为本发明中薄壁冷弯钢管在粗成形过程中利用立辊辊压示意图；

图7为本发明中薄壁冷弯钢管粗成形过程下山工艺图；

图8为本发明中粗成形后的薄壁冷弯钢管进行挤压、焊接过程的辊压示意图；

图9为本发明中挤压、焊接后的薄壁冷弯钢管进行外焊缝刨削过程的刨削示意图；

图10为图9中刨削刀的刀片的结构示意图；

图11为本发明中外焊缝刨削后的薄壁冷弯钢管进行精整过程中五架次的精整示意图；

图12为本发明中精整后的薄壁冷弯钢管进行矫直过程的矫直示意图；

图中各部件标号如下：成型管的中心线O-O、底边1、外侧腰边2、外侧焊接边3、内侧焊接边4、内侧腰边5、尖角6、下平辊11、两个下侧辊12、两个上辊13、两个下侧立辊21、两个上侧立辊22、下挤压辊31、侧挤压辊32、上挤压辊33、单弧形刨削刀40、刀耙41、刀片42、第一架次定径辊51、第二架次定径辊52、第三架次定径辊53、第四架次定径辊54、第五架次定径辊55、定径上辊56、定径侧辊57、定径下辊58、矫直下辊61、矫直侧辊62、土耳其头辊63。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合具体实例对发明进行详细的说明。

本实施例中成型管(带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管)由底边1、外侧腰边2、外侧焊接边3、内侧焊接边4以及内侧腰边5围合成型的非对称五边形形状，且其底边1与外侧腰边2夹角α1为90°，底边1与内侧腰边5夹角α2为90°，外侧腰边2与外侧焊接边3的夹角α3为116.7°和内侧腰边5与内侧焊接边4的夹角α4为135.7°，外侧焊接边3和内侧焊接边4焊合后形成尖角6，成型管的中心线O-O为经过尖角6且与成型管底边1垂直的线段。

一种带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，包括开卷、上料、剪切对焊、夹送辊夹送至引料立辊→粗成形(一弯成型、二弯成型、封闭成形)→挤压、焊接成形→外焊缝刨削→精整→矫直→锯切→打包收集→入库等步骤。

(1)粗成形过程包括一弯成型工序、二弯成形工序和封闭成型工序。

1.1一弯成型工序是经过三道次冷弯对称成型外侧焊接边3和内侧焊接边4，具体结合图3和图4，第一道次至第三道次过程中，一弯成型工序是通过轧辊按照内侧焊接边4为16°、32°、48°，外侧焊接边3为16°、32°、48°的角度将钢管的两侧焊接边冷弯对称成型至48°，结合图5和图6所示，每架次均采用平辊和立辊交替方式，平辊包括下平辊11、两个下侧辊12和两个上辊13，立辊包括两个下侧立辊21和两个上侧立辊22，对未成型钢管进行导向及减少边部延伸带来的边缘浪形问题。另外结合图7所示，第一道次至第三道次采用边部最小应变法，即对每架次设置合适下山量，确保不产生边浪，具体为第一道次的下山量H1为14.4mm，第二道次的下山量H2为8.8mm，第三道次的下山量H3为8.8mm。

1.2二弯成型工序是经过四道次冷弯对称成型外侧腰边和内侧腰边5，具体结合图3和图4所示，第四道次至第七道次过程中，二弯成型工序是通过轧辊按照16°、32°、48°、64°的角度将钢管的内侧腰边5和外侧腰边2冷弯对称成型至64°，每架次均采用平辊和立辊交替方式，对未成型钢管进行导向及减少边部延伸带来的边缘浪形问题。另外结合图7所示，第四道次至第七道次采用边部最小应变法，即对每架次设置合适下山量，确保不产生边浪，具体为第四道次的下山量H4为4.6mm，第五道次的下山量H5为4mm，第六道次的下山量H6为7.2mm，第七道次的下山量H7为5.3mm。

1.3封闭成型是经过三道次封闭成型外侧焊接边3、内侧焊接边4、外侧腰边2和内侧腰边5。具体结合图3和图4所示，第八至第十道次过程中，通过轧辊按照78°、86°、90°的角度将钢管的外侧腰边和内侧腰边5经过三道次对称成型至90°，同时按照内侧焊接边4为38、41.3°、42.3°和外侧焊接边3为50°、55.3°、57.3°的角度将钢管的内侧焊接边4和外侧焊接边3分别经过三道次成型至42.3°和57.3°，封闭成型工序中每架次均采用平辊方式。另外结合图7所示，第八道次至第十道次采用边部最小应变法，即对每架次设置合适下山量，确保不产生边浪，具体为第八道次的下山量H8为4mm，第九道次的下山量H9为1.5mm，第十道次的下山量H10为0mm。

(2)挤压、焊接成型

结合图3和图4所示，第11道次为挤压、焊接成型过程，再结合图8所示，挤压、焊接成型过程中采用五辊式挤压辊，底部的两个下挤压辊31托住钢管的底部，两侧的两个侧挤压辊32均为箱型辊分别包住外侧腰边、外侧焊接边3、内侧焊接边4以及内侧腰边5，顶部的上挤压辊33的作用于外侧焊接边3，经过挤压、焊接成型过程后，底边1与外侧腰边夹角α1为90°，底边1与内侧腰边5夹角α2为90°，上挤压辊33采用单挤压辊，更便于挤压用力，保证了上部焊接时的稳定性，同时倾斜角度20°，比成品角度(26.7°)小6.7°，有效降低了外侧焊接边3的回弹；两侧挤压辊箱型角度分别为110°、130°，均比成型管的外侧腰边与外侧焊接边3的夹角α3和内侧腰边5与内侧焊接边4的夹角α4小5～7°，有效降低了外侧焊接边3和内侧焊接边4的回弹，确保焊接后钢管形状尺寸符合要求。

(3)外焊缝刨削

结合图9和图10所示，利用单弧形刨削刀40进行外焊缝刨削，单弧形刨削刀40的刀片42为半径R为20mm的弧形刀片，单弧形刨削刀40共两把，每把单弧形刨削刀40的刀耙41的倾斜角度β分别与外侧焊接边3的倾斜角度和内侧焊接边4的倾斜角度一致，便于刀片与钢管焊面的完美贴合，能够对外焊缝刨削平整、光洁。

(4)精整过程

结合图11所示，采用五架次的定径辊，分别为第一架次定径辊51、第二架次定径辊52、第三架次定径辊53、第四架次定径辊54、第五架次定径辊55，定径辊包括两个定径上辊56、两个定径侧辊57和一个定径下辊58，第一、第二、第五架次采用均匀变形原则进行整形，每架次单边精整形量均为0.5mm，第三架次定径辊53中的两个定径上辊56均采用凸形辊，第四架次定径辊54中的一个定径下辊58和两个定径侧辊57均采用凸形辊。采用凸形辊对钢管平面度进行整形，确保整形完成后钢管边长尺寸、角度偏差、平面度等符合标准要求。

(5)矫直

结合图12所示，矫直过程中采用两架次矫直辊对钢管直线度进行矫直整形，矫直辊为由一个矫直下辊61、两个矫直侧辊62和一个土耳其头辊63组成的封闭型矫直辊。矫直后采用双锯片铣切锯进行定尺锯切，自动打包后，吊运入库。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，是以成型管的中心线O-O作为轧制中心线在轧辊上经过数道次粗成形过程，直至加工成斜端面的钢带两端最终闭合再轧制中心线上，然后在接合处经挤压、焊接成型过程形成尖角(6)，再经外焊缝刨削过程、精整过程、矫直过程而完成，其特征在于，所述成型管由底边(1)、外侧腰边(2)、外侧焊接边(3)、内侧焊接边(4)以及内侧腰边(5)围合成型的非对称五边形形状，且其底边(1)与外侧腰边(2)夹角α1为90°，底边(1)与内侧腰边(5)夹角α2为90°，外侧腰边与外侧焊接边(3)的夹角α3和内侧腰边(5)与内侧焊接边(4)的夹角α4均为钝角且不相等，外侧焊接边(3)和内侧焊接边(4)焊合后形成尖角(6)，成型管的中心线O-O为经过尖角(6)且与成型管底边(1)垂直的线段。

2.根据权利要求1所述的带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，其特征在于，所述粗成形过程包括一弯成型工序、二弯成形工序和封闭成型工序，一弯成型工序是经过三道次冷弯对称成型外侧焊接边(3)和内侧焊接边(4)，二弯成型工序是经过四道次冷弯对称成型外侧腰边(2)和内侧腰边(5)，封闭成型是经过三道次封闭成型外侧焊接边(3)、内侧焊接边(4)、外侧腰边(2)和内侧腰边(5)。

3.根据权利要求1所述的带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，其特征在于，成型管的外侧腰边(2)与外侧焊接边(3)的夹角α3为116.7°和内侧腰边(5)与内侧焊接边(4)的夹角α4为135.7°。

4.根据权利要求3所述的带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，其特征在于，所述一弯成型工序是通过轧辊按照内侧焊接边(4)为16°、32°、48°，外侧焊接边(3)为16°、32°、48°的角度将钢管的两侧焊接边经过三道次冷弯对称成型至48°，二弯成型工序是通过轧辊按照16°、32°、48°、64°的角度将钢管的内侧腰边(5)和外侧腰边(2)经过四道次冷弯对称成型至64°，封闭成型是通过轧辊按照78°、86°、90°的角度将钢管的外侧腰边(2)和内侧腰边(5)经过三道次对称成型至90°，同时按照内侧焊接边(4)为38、41.3°、42.3°和外侧焊接边(3)为50°、55.3°、57.3°的角度将钢管的内侧焊接边(4)和外侧焊接边(3)分别经过三道次成型至42.3°和57.3°。

5.根据权利要求4所述的带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，其特征在于，所述一弯成型工序中三道次冷弯成型依次设置14.4±0.5mm、8.8±0.5mm、3.4±0.5mm的下山量；二弯成型工序中四道次冷弯成型依次设置4.6±0.5mm、4±0.5mm、7.2±0.5mm、5.3±0.5mm、的下山量，封闭成型工序中三道次冷弯成型依次设置4±0.5mm 1.5±0.5mm、0mm的下山量。

6.根据权利要求5所述的带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，其特征在于，所述一弯成型工序和二弯成型工序中每架次均采用平辊和立辊交替方式，封闭成型工序中采用平辊方式。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，其特征在于，所述挤压、焊接成型过程中采用五辊式挤压辊，底部的两个下挤压辊(31)托住钢管的底部，两侧的两个侧挤压辊(32)均为箱型辊分别包住外侧腰边(2)、外侧焊接边(3)、内侧焊接边(4)以及内侧腰边(5)，顶部的上挤压辊(33)的作用于外侧焊接边(3)，经过挤压、焊接成型过程后，底边(1)与外侧腰边(2)夹角α1为90°，底边(1)与内侧腰边(5)夹角α2为90°，外侧腰边(2)与外侧焊接边(3)的夹角α3和内侧腰边(5)与内侧焊接边(4)的夹角α4均对应比成型管小5～7°。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，其特征在于，所述外焊缝刨削过程中，利用单弧形刨削刀(40)进行外焊缝刨削，所述单弧形刨削刀(40)的刀片(42)为半径R为15～20mm的弧形刀片，所述单弧形刨削刀(40)共两把，每把单弧形刨削刀(40)的刀耙(41)的倾斜角度β分别与外侧焊接边(3)的倾斜角度和内侧焊接边(4)的倾斜角度一致。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，其特征在于，所述精整过程中，采用五架次的定径辊，定径辊包括两个定径上辊(56)、两个定径侧辊(57)和一个定径下辊(58)，第一、第二、第五架次采用均匀变形原则进行整形，每架次单边精整形量均为0.5mm，第三架次的两个定径上辊(56)均采用凸形辊，第四架次的一个定径下辊(58)和两个定径侧辊(57)均采用凸形辊。

10.根据权利要求1～6中任一项所述的带尖角非对称五边形薄壁冷弯钢管的成型方法，其特征在于，所述矫直过程中采用两架次矫直辊对钢管直线度进行矫直整形，矫直辊为由一个矫直下辊(61)、两个矫直侧辊(62)和一个土耳其头辊(63)组成的封闭型矫直辊。

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