CN114309147A - 一种拉弯组合的校直方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种拉弯组合的校直方法，根据圆管的材料力学性能及截面大小，通过力学公式计算出圆管截面应力达到屈服时的最小拉力F_min及圆管发生断裂之前的最大拉力F_max；通过仪器测量弯曲的最高点，在最高点施加反向弯曲力，只需使钢管在受力状态维持在水平状态就可以，随后通过纵向拉伸的应力叠加以后，钢管会沿纵向发生变形，当纵向拉力大到一定程度后，原来纵向线长较短的面会率先发生塑性变形，从而达到校直的目的。

Description

一种拉弯组合的校直方法

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种对圆管的拉弯组合的校直方法。

背景技术

拉拔是材料的一种加工工艺，按加工温度分类，拉拔可分为冷拔和热拔。拉拔钢管是由拉拔工艺获得的用于机械结构、液压设备的无缝钢管。

实际生产中，由于坯料厚度不均、模具特征不佳、公差较大等因素的影响，拉拔出来的钢管往往存在一定的弯曲，需要进行校直处理。目前采用比较多的校直方法有三点弯曲法和滚压法。

三点弯曲法就是先通过仪器测量弯曲的最高点，然后在管的两端进行支撑，对最高点进行反向施压，当管反向弯曲到一定程度后，局部材料会出现塑性变形，卸载后，钢管的回弹量就会少于变形量，从而达到校直的目的。三点弯曲法最大的问题是：当弯曲力过小，材料塑性变形量不够，达不到校直的目的；当弯曲力过大，材料塑性变形过大，钢管会出现反向变形、圆度变差等问题。为了防止钢管过度变形和圆度变差，实际工程中只能采用渐进弯曲校直的方法，即每次弯曲力只完成少量的校直量，通过反复地进行最高点测量、加载、卸载等过程，直至钢管直度满足设计要求。

滚压法是采用两个滚轮使钢管边滚动边受压变形，其原理主要还是使钢管局部发生塑性变形，达到一定的校直目的。由于滚压法尺寸控制困难，精度比较低，滚压法主要用于钢管的初步校直过程，精确校直过程还得通过反复的三点弯曲过程来完成。

传统校直方法尺度把控困难，需要反复多道次校直才能达到最终的校直目的。

理论上还可以通过拉伸的方法对弯管进行拉伸校直；如果直接采用拉伸的方法对弯管进行拉伸校直，会导致拉力方向与管纵向材料不完全在一条线上，从而产生较大的偏心受拉。钢管弯曲越大，这种偏心受力越明显，采用单独拉伸的方法很难达到校直效果，如果纵向拉力过大，还会导致钢管在拉直之前出现局部开裂现象的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种对圆管的拉弯组合的校直方法，基于该方法将可更高效、高质量的校直。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种拉弯组合的校直方法，根据圆管的材料力学性能及截面大小，通过力学公式计算出圆管截面应力达到屈服时的最小拉力F_min及圆管发生断裂之前的最大拉力F_max；计算公式为：

F_min＝σ_s*S；F_max＝σ_b*S

式中σ_s为材料的屈服应力，σ_b为材料的强度极限，S为圆管的截面积；

校直圆管的具体步骤为：步骤一、先通过仪器测量圆管弯曲的最高点；

步骤二、在圆管的两端进行支撑，对最高点施加反向弯曲力，当圆管轴线处在一个水平线上时，保持弯曲力加载点的位置不变；

步骤三、在圆管的两端施加纵向拉力F_L，且F_min<F_L<F_max；

步骤四、在纵向拉力的作用下使得圆管保持一定的稳定状态后，先对纵向拉力进行卸载，然后再对横向弯曲力进行卸载。

进一步地，步骤二中，缓慢的加载弯曲力，在加载弯曲力的同时，靠肉眼观察圆管弯曲最高点的轴线变化，当圆管轴线处在一个水平线上时，停止加载，保持施加的弯曲力不变。

进一步地，步骤二中，所述圆管两端的支撑关于圆管弯曲的最高点对称设置。

进一步地，步骤三中，采用液压机与连杆机构配合给圆管的两端施加纵向拉力，所述连杆机构包括两根端部拉件，每根端部拉件的一端均与相应的圆管的端部夹紧，每根端部拉件的另一端均与一根中间连接件铰接，中间连接件的另一端铰接在液压机的压力杆上。

进一步地，步骤三中，所述F_L与F_max应保持有一定的安全距离。

本发明的有益效果是：先通过施加弯曲力使得钢管的轴线保持水平，再通过在两端施加纵向拉力，使钢管在纵向有塑性变形，随后卸除载荷即可获得直度较好的钢管，相比现有技术，本发明的校直方法无需反复数次，一次即可校直，且校直效果好，提高了校直的效率。

基于小吨位的液压机就可以产生大吨位拉力的设计，大大促进了拉弯组合校直法的可行性，节约了设备投入成本。

附图说明

图1为本发明施加纵向拉力的示意图；

图2为施加纵向拉力的示意图；

图中，1、钢管，2、端部拉件，3、中间连接件，4、液压机。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

一种拉弯组合的校直方法，主要针对钢管等圆管件的弯曲校直，根据钢管的材料力学性能及截面大小，通过力学公式计算出钢管截面应力达到屈服时的最小拉力F_min及钢管发生断裂之前的最大拉力F_max；计算公式为：

F_min＝σ_s*S；F_max＝σ_b*S

式中σ_s为材料的屈服应力，σ_b为材料的强度极限，S为钢管的截面积。

校直钢管的具体步骤为：步骤一、先通过仪器测量圆管弯曲的最高点；

步骤二、在钢管的两端进行支撑，优选地，圆管两端的支撑关于圆管弯曲的最高点对称设置。对最高点施加反向弯曲力，当钢管轴线处在一个水平线上时，保持弯曲力加载点的位置不变；具体施加弯曲力的流程为：缓慢的加载弯曲力，在加载弯曲力的同时，靠肉眼观察钢管弯曲最高点的轴线变化，当钢管轴线处在一个水平线上时(肉眼观察钢管轴线趋向于同一水平线即可)，停止加载，保持施加的弯曲力不变。在该步骤中，只需使钢管在受力状态维持在水平状态就可以，这样可大大地减小钢管的横向变形，避免了校直过程中圆度变差的问题。由于最初钢管是弯曲的，上下表面的纵向线长是不同的，施加反向弯曲力使钢管达水平直度后，上下表面的纵向线长近似相等，此时原来纵向线长较短的位置会受到拉应力，纵向线长较长的位置会受到压应力。

步骤三、在钢管的两端施加纵向拉力F_L，为了使材料发生屈服，F_L应大于F_min；为了防止管开裂，F_L与F_max应保持有一定的安全距离，即F_min<F_L<F_max。

步骤四、纵向拉力达到计算值(即F_min<F_L<F_max)使得钢管保持一定的稳定状态后，先对纵向拉力进行卸载，然后再对横向弯曲力进行卸载。所有外载完全卸载后，即可得到直度较好的钢管。通过纵向拉伸的应力叠加以后，钢管会沿纵向发生变形，当纵向拉力大到一定程度后，原来纵向线长较短的面会率先发生塑性变形，从而达到校直的目的。为了防止塑性变形量不足，需加大纵向拉力的大小，使钢管在纵向达到处处有塑性变形的状态，这样保证了卸载后上下表面纵向线长仍一样的情况。

对于大口径或大厚度的钢管，要使材料拉伸到塑性变形，通常需要很大的拉力，小的有近百吨，大的可达上仟吨。为了能够在小吨位的液压机上使出大吨位的拉力，采用液压机与连杆机构配合给圆管的两端施加纵向拉力，如图1所示，所述连杆机构包括两根端部拉件2，使用时，将每根端部拉件2的一端均与相应的钢管1的端部夹紧，每根端部拉件2的另一端均与一根中间连接件3铰接，中间连接件3的另一端铰接在液压机4的压力杆上。图1中F为液压机输出的推力，根据力学知识可以获知，如图2所示，F能够分解成两个沿着纵向的分力f₁和f₂，当F处在钢管的中间位置，并垂直于钢管时，f₁和f₂与F间的夹角θ近似相等，使得f₁和f₂近似相等。根据力的合成原理，由f₁和f₂的向量和等于F，可知，当F大小不变时，F与分离的夹角θ越大，f₁和f₂的值就越大。当夹角θ近似为90度时，分力呈无限大的趋势。根据校直所需要的纵向拉力F_L大小，在满足现有液压机工作的范围内，结合余弦定理公式，就可反算出最佳的夹角θ。

Claims (5)

1.一种拉弯组合的校直方法，其特征在于：根据圆管的材料力学性能及截面大小，通过力学公式计算出截面应力达到屈服时的最小拉力F_min及圆管发生断裂之前的最大拉力F_max；计算公式为：

F_min＝σ_s*S；F_max＝σ_b*S

式中σ_s为材料的屈服应力，σ_b为材料的强度极限，S为圆管的截面积；

校直圆管的具体步骤为：步骤一、先通过仪器测量圆管弯曲的最高点；

步骤二、在圆管的两端进行支撑，对最高点施加反向弯曲力，当圆管轴线处在一个水平线上时，保持弯曲力加载点的位置不变；

步骤三、在圆管的两端施加纵向拉力F_L，且F_min<F_L<F_max；

步骤四、在纵向拉力的作用下使得圆管保持一定的稳定状态后，先对纵向拉力进行卸载，然后再对横向弯曲力进行卸载。

2.根据权利要求1所述的一种拉弯组合的校直方法，其特征在于：步骤二中，缓慢的加载弯曲力，在加载弯曲力的同时，靠肉眼观察圆管弯曲最高点的轴线变化，当圆管轴线处在一个水平线上时，停止加载，保持施加的弯曲力不变。

3.根据权利要求1所述的一种拉弯组合的校直方法，其特征在于：步骤二中，所述圆管两端的支撑关于圆管弯曲的最高点对称设置。

4.根据权利要求1所述的一种拉弯组合的校直方法，其特征在于：步骤三中，采用液压机与连杆机构配合给圆管的两端施加纵向拉力，所述连杆机构包括两根端部拉件，每根端部拉件的一端均与相应的圆管的端部夹紧，每根端部拉件的另一端均与一根中间连接件铰接，中间连接件的另一端铰接在液压机的压力杆上。

5.根据权利要求1所述的一种拉弯组合的校直方法，其特征在于：步骤三中，所述F_L与F_max应保持有一定的安全距离。

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