W-弯曲成型分析

luodayou5560

随着焊管生产技术的发展，近年来直缝焊管成型技术也取得了进步。焊管成型轧辊孔型设计在传统的单半径圆周变形法和双半径变形法的基础上，又发展了预成型第１架次的Ｗ－弯曲成型法（简称Ｗ 成型）。Ｗ成型是由日本开发的，并于１９８４年取得美国专利（专利号４４５５８５５和４４８ ３１６７），近年来得到较为广泛的应用。它不仅可用于小直径管（最小达　８×０．３ｍｍ）， 还可用于中直径管（目前达到　３５５ｍｍ），ｔ／Ｄ（壁厚／直径）最小值为０．３３％（　１ ５０×０．５０ｍｍ），最大值为２２．１％（　１９×４．２ｍｍ）。该技术不仅应用于普通碳 素钢，还可应用于铝、铜、钛和不锈钢材料。近年我国在引进日本焊管机组的同时也引进了Ｗ成型 技术，并正在推广应用之中。
１。Ｗ成型孔型曲线的特点Ｗ孔型发生在成型第１架平辊。传统的单半径圆周变形和双半径变形，第１架孔型都是一个带圆弧的浅槽形；而Ｗ孔型则是中心部位反向弯曲带２个浅槽的Ｗ形，其变形图比较如图１所示。典型的Ｗ成型下辊的孔型曲线结构特征如图 ２所示。下辊工作表面的曲线由中间凸起部份圆弧段、两侧端部四下部份圆弧段和联接凸起和凹下部份的直线段２４组成。直线段２４实现从凸起到凹下的圆滑过渡，可以防止成型过程中产生辊印线或擦伤钢带的表面。凸起的圆弧段２０对应的中心变形角为、圆弧半径为Ｒ１。圆弧段２０的长度约为工作表面曲线长度的３８％～５２％，一般可取４５％。中心变形角约为１６°～４０°。如　＜１６°，圆弧段２０将接近直线，边缘升起高度将较大，几乎起不到反弯作用。如　＞４０°，则中心部份将过份凸起，给随后的成型造成困难，一般可取２６ °～２８°。由此可求得圆弧半径Ｒ１，接近于成品管直径的３倍或钢带宽度。两侧四下的端部圆弧段２２，对应的边缘变形角为　１，边缘弯曲半径为ｒ１。两侧圆弧段２２的长度约为工作表面曲线１８的长度的４０％～４５％。为使边缘变形充份，边缘变形角约为７０°～８０°，边缘弯曲半径ｒ１取挤压辊孔型半径Ｒｊ＋０～０．５０ｍｍ。两侧联接的直线段２４的长度约为工作表面曲线长度的８％～１７％。凸起段２０、直线段２４和四下段２２构成连续的Ｗ形曲线 １８。图３所示是上、下辊都是整体的Ｗ成型轧辊，上辊１６与下辊１４形成互补关系。上辊工作 表面曲线２６由中心四下部份的圆弧段２８、两侧凸起的圆弧段３０和联接四下部份和凸起部份的直线段３２组成。可以认为，上辊曲线２６与下辊曲线１８相互平行（实际上存在微小差异）。上辊直线段３２和下辊直线段２４之间的间隙向着中心部位逐渐增大，其延长线构成夹角２。　２ 的大小最好为０．５°～１．５°。并且两侧端部的辊缝间隙略小于中心部位的辊缝间隙，使作用于两侧端部的力略大于作用于中部的力，使边缘变形充分，成型稳定。图４是略加修改的下辊１４ ａ，其特点是两侧凹下的端部再细分为带有不同半径ｒ２和ｒ３的两个圆弧段３４和３６。外侧圆弧段３４的半径ｒ２小于内侧圆弧段３６的半径ｒ３。甚至可以再细分为由３个或更多的不同半径 的圆弧构成的线段，每一线段和圆弧半径由里向外逐渐减小。其它与辊１４相同。这有利于控制和 减小钢带边缘变形的回弹，特别适用于生产不锈钢管、高强度管和钛管等。图５为上.下辊拼装的Ｗ成型轧辊。两个上辊都做成凸形，中间用隔离会６分隔。上辊曲线５由Ｒ１和Ｒ２构成。二者的选取考虑同一外径规格的相邻不同壁厚的产品。两片下辊１可以紧靠在一起，也可中间加隔离套 。通过调整上下辊之间的间隙和调整隔离套的宽度，可以实现用１套轧辊生产相邻不同规格、不同壁厚的产品，并能减轻轧辊的重量。拼装式的Ｗ成型轧辊适用于大规格的焊管产品。
２　Ｗ成型的优点与单半径圆周变形和双半径变形相比较，Ｗ成型有以下优点：①边缘部位变形充分。Ｗ成型两侧边缘部位弯曲半径同双半径变形一样，但对应的边缘变形角大于双半径变形时的变形角，因而边缘部位得到充分的变形。②边缘升起高度较小。③成型负荷均衡。单半径变形和双半径变形成型力都集中于中心一点；Ｗ成型力作用于两侧两点，所以负荷均衡，成型稳定。④轧辊线速度差较小。 ⑤轧辊重量减轻，用拼装形式更显著。⑥由于边缘升起高度较小，因此边缘伸长较小，不会产生边 缘波浪。⑦边缘部位金属被轧辊划伤的可能性几乎没有；但单半径变形和双半径变形由于边缘升起 高度较大，轧辊线速度差较大，有可能产生划伤。⑧成型后发生的边缘变形回弹量最小。⑨轧辊共用性较好，拼装形式的Ｗ成型轧辊可以生产相邻规格、相邻壁厚的产品。⑩由于两侧负荷均衡，钢带在成型中运行稳定，因此轧辊调整容易。　（１１）壁厚与外径的比值（ｔ／Ｄ）范围较宽，可达到 ０．３３％～２２％，单半径变形的ｔ／Ｄ值为３％～１０％，双半径变形为２％～１５％。（１２） 对缝处形态较好，产生尖咀形态的可能性最小。（１３）焊接稳定性最好。（１４）内毛刺形态稳定性最好 。（１５）封闭孔成型负荷较小。国边缘部位变形充分，从而减轻了封闭孔的成型负荷，并减少了封闭 孔轧辊磨损和导向环碎裂的机率。（１６）可提高焊管机的生产率。（１７）适于生产不锈钢管和钛管。３ Ｗ成型应用实例日本一焊管机组机架排列布置如下：（其中Ｆ－成型水平机架，Ｖ－立辊机架，Ｓ Ｇ－导向辊架，ＳＱ－焊接挤压辊）。在该机组上成型　３４×６．０ｍｍ管子，ｔ／Ｄ值达到１ ７．６％，属于厚壁管，一般来讲成型较困难。现在Ｆ１采用Ｗ成型，Ｆ２～Ｆ５采用双半径变形 ，Ｆ６～Ｆｇ为封闭孔，成型质量良好，各架管型如图６所示。W-弯曲成型分析@张弘人$首都钢铁公司焊管孔型设计;;W成型根据美国专利详细分析了Ｗ孔型的曲线结构及计算方法；并介绍了与单半径孔型和双半径孔型比较，Ｗ成型的优点及在厚壁管生产中的应用实例。分，从而减 轻了封闭孔的成型负荷，并减少了封闭孔轧辊磨损和导向环碎裂的机率。１６可提高焊管机的生产 率。１７适于生产不锈钢管和钛管。３Ｗ成型应用实例日本一焊管机组机架排列布置如下：（其中 Ｆ－成型水平机架，Ｖ－立辊机架，ＳＧ－导向辊架，ＳＱ－焊接挤压辊）。在该机组上成型　３ ４×６．０ｍｍ管子，ｔ／Ｄ值达到１７．６％，属于厚壁管，一般来讲成型较困难。现在Ｆ１采 用Ｗ成型，Ｆ２～Ｆ５采用双半径变形，Ｆ６～Ｆｇ为封闭孔，成型质量良好，各架管型如图６所示。W-弯曲成型分析@张弘人$首都钢铁公司焊管;;孔型设计;;W成型根据美国专利详细分析了Ｗ孔型的曲线结构及计算方法；并介绍了与单半径孔型和双半径孔型比较，Ｗ成型的优点及在厚壁管生产中的应用实例。

1.2　管坯寬度計算
　　管坯(俗稱鋼帶)的寬窄直接影響焊縫質量和成品管能 否符合標准要求。管坯寬度計算的經驗公式很多，常用的有如下几種，并根據實踐加以修正。
　　1)用于雙半徑圓周彎曲法孔型設計公式　B=π(DT+ΔDK-t)+Kt，式中：B──管坯寬度﹔DT──成品管外徑﹔ΔDK──定徑量，一般取0.4～1.5 mm﹔t──管坯厚度﹔K──焊接余量和成型余量，一般K=0.5～2.0。
　　2)用于W彎曲法孔型設計公式　B=π(DT+ΔDK-t)+β+αnt，式中：β──熔接系數，一般取0.9～1.02﹔α──導向片磨損量，一般取0.22～0.18﹔n──帶導向平輥架次數。其余意義同上。
1.3　架次數確定
　　根據成型定徑機組情況，選用軋輥排列形式，以確定變形架次數N。
1.4　確定擠壓輥孔型半徑
　　1)確定擠壓輥形式　擠壓輥形式有二輥式、三輥式、四輥式、五輥式。
　　2)擠壓輥單半徑孔型計算　RJ=DT/2+ΔR，式中：RJ──擠壓輥孔型半徑﹔ΔR──定徑量﹔DT＜40 mm，ΔR=0.25～0.3 mm，DT=41～114 mm，ΔR=0.3～0.7 mm，DT＞114 mm，ΔR=0.7～1 mm。
　　3)擠壓輥雙半徑孔型計算　RH=DT/2+ΔR，RB=RH+(3～4) mm。RH──擠壓輥下部孔型半徑，RB──擠壓輥上部孔型半徑。
1.5　成型閉口孔型設計
　　1)各閉口孔架次導向片厚度的確定　bfi=Kfi×DT，式中：bfi──導向片厚度，根據機組參數保証開口角在2～6°﹔Kfi──系數(查表，略)﹔DT──成品管直徑。
　　2)成型閉口孔上輥孔型設計　Rfi=(B+bfi)/(2π)+Cb，式中：Rfi──各架次成型半徑﹔B──帶鋼寬度﹔Cb──修正值，一般取1.24～2.3。
　　軋輥寬度　B上下=2(Rfi+C)，軋輥外徑　D=Do+2Rfi-δ，式中：C──輥環寬度﹔Do──軋輥喉徑，根據機組參數輸入﹔δ──輥縫，一般取2～5 mm。