一种焊管的冷弯成型方法
阅读说明：本技术 一种焊管的冷弯成型方法 (Cold roll forming method of welded pipe ) 是由 杜凤山 裴新元 邢梦龙 赵云鹏 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种焊管的冷弯成型方法,用于将板带冷弯成型为圆形管。在成型阶段,焊管成型过程横截面两端的变形是对称的,将板带成型圆管的过程分为四段变形区域,即辊花图设计共划分为四段不同的圆弧,且四段圆弧的半径满足从中间到管坯边缘依次减小,在粗成型阶段四段圆弧的成型道次数也满足从中间到管坯边缘依次减小。本发明能够使管坯边缘的最大升高值降低,升角和运动轨迹长度都减小,防止相邻变形区域变形量差值过大,防止相交处应力不连续的现象,可以使变形量分配更合理,成型更稳定；采用四段圆弧设计法,增大了边缘区域的曲率,可以弥补一定的回弹量,使变形更充分。(The invention relates to a cold roll forming method of a welded pipe, which is used for cold roll forming a plate strip into a round pipe. In the forming stage, the deformation at two ends of the cross section in the forming process of the welded pipe is symmetrical, the process of forming the circular pipe by the plate belt is divided into four sections of deformation areas, namely, the roller pattern design is divided into four sections of different circular arcs, the radiuses of the four sections of circular arcs are reduced from the middle to the edge of the pipe blank in sequence, and the forming times of the four sections of circular arcs in the rough forming stage are reduced from the middle to the edge of the pipe blank in sequence. The invention can reduce the maximum elevation value of the edge of the tube blank, reduce the elevation angle and the length of the motion trail, prevent the overlarge difference of the deformation of the adjacent deformation areas and the discontinuous stress at the intersection, and can ensure that the distribution of the deformation is more reasonable and the forming is more stable; by adopting a four-segment arc design method, the curvature of the edge area is increased, a certain resilience amount can be made up, and the deformation is more sufficient.)
技术领域
本发明涉及焊管成型技术领域，尤其涉及一种焊管的冷弯成型方法。
背景技术
圆管冷弯成型是一种在常温下让板状钢材通过一系列按顺序排列的轧辊，使钢材的横截面不断弯曲，最终形成圆形断面型材的塑性加工方法。圆管冷弯成型是直缝焊管生产过程中的重要一环，也是钢管生产的重要方式，通过冷弯圆管的方式生产的焊管占钢管的比例已超过80％。通过冷弯成型制造圆形管材是一种经济高效的生产方式，它具有成型精确可控、产品残次率低、成型设备通用性好、节约成本等特点。但由于冷弯工艺参数设计的因素使冷弯过程中出现一些缺陷，常见的缺陷有边浪、回弹、管缝扭转、边缘错位等，甚至最边缘位置表现的不是曲面而是斜面，说明直缝焊管的边缘变形不充分，导致成型质量不大理想。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种焊管的冷弯成型方法，通过减少管坯边缘运动轨迹长度，从而减小管坯边缘伸长量和边缘缺陷，提高管坯边缘的成型质量，防止管坯在成型过程中出现多余的变形和应力，合理分配变形量，使成型更加平稳。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种焊管的冷弯成型方法，包括以下步骤：
S1、将管型截面沿竖直对称线均分为两个区域，在成型阶段，焊管成型过程横截面竖直对称线两端的变形是对称的，将左半部分和右半部分均划分为四段变形区域，即采用四段圆弧成型，四段圆弧从内至外依次为第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧、第四圆弧；针对所要成型直径为D，厚度为t的圆管，取中性层偏移系数为k，定径压缩量为ΔDk，焊接余量为kh，由经验公式确定板坯宽度B；
S2、第1道次只对管坯边缘进行变形，将第四圆弧变形区域变形至弧长L4＝R4，第四圆弧在之后的开口孔各道次中不参与变形；
S3、第2道次中第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧开始变形，第一圆弧圆心角第一圆弧半径第二圆弧圆心角第二圆弧半径第三圆弧圆心角第三圆弧半径
S4、第3道次中，第一圆弧圆心角第一圆弧半径第二圆弧圆心角第二圆弧半径第三圆弧圆心角第三圆弧半径
S5、第4道次中，第一圆弧圆心角第一圆弧半径第二圆弧圆心角第二圆弧半径第三圆弧圆心角第三圆弧半径
S6、第5道次中，第一圆弧圆心角第一圆弧半径第二圆弧圆心角第二圆弧半径第三圆弧圆心角第三圆弧半径
S7、第6道次中，第一圆弧圆心角第一圆弧半径第二圆弧圆心角第二圆弧半径第三圆弧圆心角α63＝α53，第三圆弧半径R63＝R53；
S8、第7道次中，第一圆弧圆心角第一圆弧半径第二圆弧圆心角第二圆弧半径第三圆弧圆心角α73＝α53，第三圆弧半径R73＝R53；
S9、第8道次中，第一圆弧圆心角第一圆弧半径第二圆弧圆心角α82＝α72，第二圆弧半径R82＝R72；第三圆弧圆心角α83＝α53，第三圆弧半径R83＝R53；
S10、第9道次，即第1架封闭孔，其上平辊导向片锥角为β1，则第一圆弧、第二圆弧和第三圆弧所对应圆心角的总和
S11、第10道次立辊，孔型半径则第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧所对应圆心角的总和
S12、第11道次，即第3架封闭孔，其上平辊导向片锥角为β2，则第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧所对应圆心角的总和
S13、第12道次立辊，孔型半径则第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧所对应圆心角的总和
S14、第13道次，即第5架封闭孔，其上平辊导向片锥角为β3，则第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧所对应圆心角的总和
S15、第14道次，即焊接挤压孔型，将第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧和第四圆弧焊接挤压至半径为的圆弧，形成直径为D的焊管。
进一步的，所述步骤S1中，第一圆弧弧长第二圆弧弧长第三圆弧弧长第四圆弧弧长
进一步的，所述步骤S2至S7中，第一圆弧半径>第二圆弧半径>第三圆弧半径>第四圆弧半径；所述步骤S8至S9中，第一圆弧半径>第二圆弧半径＝第三圆弧半径>第四圆弧半径；所述步骤S10中，第一圆弧半径＝第二圆弧半径＝第三圆弧半径>第四圆弧半径。
进一步的，所述步骤S2至S10的八个道次中，第一圆弧在八个道次中均参与变形，第一圆弧的圆心角总变化量为八个道次中平均圆心角的变化量为第二圆弧在前六个道次中参与变形，第二圆弧的圆心角总变化量为六个道次中平均圆心角的变化量为第三圆弧在前四个道次中参与变形，第三圆弧的圆心角总变化量为四个道次中平均圆心角的变化量为
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、由于共划分四段变形区域，即采用四段圆弧成型，且满足四段圆弧的曲率从管坯中心到边缘依次增大，相较于双半径成型法，按几何常识，管坯的边缘部分会向内收，管坯边缘在成型过程中的最大升高值将降低，因此边缘升角和运动轨迹长度都减小，这将降低管坯边缘部分的伸长量，从而减小因塑性变形造成的边缘缺陷。
2、四段圆弧曲率从管坯中心到边缘依次增大，相邻变形区域之间的变形量差值较小，防止因相邻变形区域变形量差值过大造成相交处应力不连续的现象，可以使变形量分配更合理，成型更稳定。
3、由于增大边缘区域的曲率，即增大边缘区域的变形量，可以弥补一定的回弹量，防止边缘因回弹量过大造成变形不充分的现象。
附图说明
图1为本发明的板坯横截面示意图；
图2为本发明的成品焊管横截面示意图；
图3为本发明的变形区域划分示意图；
图4为本发明的辊花图；
图5为本发明的管坯各道次横截面仿真图。
其中，附图标记：1-第一圆弧；2-第二圆弧；3-第三圆弧；4-第四圆弧。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明所提出的一种焊管的冷弯成型方法，具体实施步骤如下：
S1、将管型截面沿竖直对称线均分为两个区域，在成型阶段，焊管成型过程横截面竖直对称线两端的变形是对称的，故只取其右半部分进行分析，右半部分共划分为四段变形区域，即采用四段圆弧成型，这四段圆弧从左至右依次为第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3、第四圆弧4；针对所要成型直径为D，厚度为t的圆管，取中性层偏移系数为k，定径压缩量为ΔDk，焊接余量为kh，由经验公式确定板坯宽度B；其中，第一圆弧1弧长第二圆弧2弧长第三圆弧3弧长 第四圆弧4弧长
S2、第1道次只对管坯边缘进行变形，将第四圆弧4变形区域变形至弧长L4＝R4，第四圆弧4在之后的开口孔各道次不参与变形；
S3、第2道次中第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3开始变形，第一圆弧1圆心角第一圆弧1半径第二圆弧2圆心角第二圆弧2半径第三圆弧3圆心角第三圆弧3半径
S4、第3道次中，第一圆弧1圆心角第一圆弧1半径 第二圆弧2圆心角第二圆弧2半径 第三圆弧3圆心角第三圆弧3半径
S5、第4道次中，第一圆弧1圆心角第一圆弧1半径 第二圆弧2圆心角第二圆弧2半径 第三圆弧3圆心角第三圆弧3半径
S6、第5道次中，第一圆弧1圆心角第一圆弧1半径 第二圆弧2圆心角第二圆弧2半径 第三圆弧3圆心角第三圆弧3半径
S7、第6道次中，第一圆弧1圆心角第一圆弧1半径 第二圆弧2圆心角第二圆弧2半径 第三圆弧3圆心角α63＝α53，第三圆弧3半径R63＝R53。
S8、第7道次中，第一圆弧1圆心角第一圆弧1半径 第二圆弧2圆心角第二圆弧2半径 第三圆弧3圆心角α73＝α53，第三圆弧3半径R73＝R53。
S9、第8道次中，第一圆弧1圆心角第一圆弧1半径 第二圆弧2圆心角α82＝α72，第二圆弧2半径R82＝R72；第三圆弧3圆心角α83＝α53，第三圆弧3半径R83＝R53。
S10、第9道次，即第1架封闭孔，其上平辊导向片锥角为β1，则第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3所对应圆心角的总和
S11、第10道次立辊，孔型半径则第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3所对应圆心角的总和
S12、第11道次，即第3架封闭孔，其上平辊导向片锥角为β2，则第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3所对应圆心角的总和
S13、第12道次立辊，孔型半径则第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3所对应圆心角的总和
S14、第13道次，即第5架封闭孔，其上平辊导向片锥角为β3，则第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3所对应圆心角的总和
S15、第14道次，即焊接挤压孔型，将第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3、第四圆弧4焊接挤压至半径为的圆弧，形成直径为D的焊管。
所述步骤S2至S7中，第一圆弧1半径>第二圆弧2半径>第三圆弧3半径>第四圆弧4半径；所述步骤S8至S9中，第一圆弧1半径>第二圆弧2半径＝第三圆弧3半径>第四圆弧4半径；所述步骤S10中，第一圆弧1半径＝第二圆弧2半径＝第三圆弧3半径>第四圆弧4半径；
所述步骤S2至S10共八个道次中，第一圆弧1在这八个道次均参与变形，第一圆弧1的圆心角总变化量为八个道次中平均圆心角变化量为第二圆弧2在前六个道次参与变形，第二圆弧2的圆心角总变化量为则六个道次中平均圆心角变化量为第三圆弧3在前四个道次参与变形，第三圆弧3的圆心角总变化量为 则四个道次中平均圆心角变化量为
根据对称关系确定出管坯截面左半部分在各道次中的变形。
本发明可以生产直缝焊管，以生产直径为37mm，壁厚为2mm直缝焊管为例，需要以下几个步骤：
S1、将管型截面沿竖直对称线均分为两个区域，在成型阶段，焊管成型过程横截面竖直对称线两端的变形是对称的，故只取其右半部分进行分析，右半部分共划分为四段变形区域，即采用四段圆弧成型，这四段圆弧从左至右依次为第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3、第四圆弧4；针对所要成型直径为37mm，壁厚为2mm直缝焊管，取中性层偏移系数为k＝0.5，定径压缩量为ΔDk＝0.7mm，焊接余量为kh＝0.7，由经验公式确定板坯宽度B＝113.5549mm；
S2、第1道次只对管坯边缘进行变形，将第四圆弧4变形区域变形至R4＝18.5mm，弧长L4＝18.5mm，α4＝57.29578°，第四圆弧4在之后的开口孔各道次不参与变形；
S3、第2道次中第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3开始变形，第一圆弧1圆心角α21＝5.502012°，第一圆弧1半径R21＝171.8312mm；第二圆弧2圆心角α22＝4.890677°，第二圆弧2半径R22＝129.1234mm；第三圆弧3圆心角α23＝7.336016°，第三圆弧3半径R23＝86.41558mm；
S4、第3道次中，第一圆弧1圆心角α31＝11.00402°，第一圆弧1半径R31＝86.41558mm；第二圆弧2圆心角α32＝9.781354°，第二圆弧2半径R32＝65.06168mm；第三圆弧3圆心角α33＝14.67203°，第三圆弧3半径R33＝43.70779mm；
S5、第4道次中，第一圆弧1圆心角α41＝16.50604°，第一圆弧1半径R41＝57.94372mm；第二圆弧2圆心角α42＝14.67203°，第二圆弧2半径R42＝43.70779mm；第三圆弧3圆心角α43＝22.00805°，第三圆弧3半径R43＝29.47186mm；
S6、第5道次中，第一圆弧1圆心角α51＝22.00805°，第一圆弧1半径R51＝43.70779mm；第二圆弧2圆心角α52＝19.56271°，第二圆弧2半径R52＝33.03084mm；第三圆弧3圆心角α53＝29.34406°，第三圆弧3半径R53＝22.35389mm；
S7、第6道次中，第一圆弧1圆心角α61＝27.51006°，第一圆弧1半径R61＝35.16623mm；第二圆弧2圆心角α62＝24.45339°，第二圆弧2半径R62＝26.62467mm；第三圆弧3圆心角α63＝29.34406°，第三圆弧3半径R63＝22.35389mm；
S8、第7道次中，第一圆弧1圆心角α71＝33.01207°，第一圆弧1半径R71＝29.47186mm；第二圆弧2圆心角α72＝29.34406°，第二圆弧2半径R72＝22.35389mm；第三圆弧3圆心角α73＝29.34406°，第三圆弧3半径R73＝22.35389mm；
S9、第8道次中，第一圆弧1圆心角α81＝38.51408°，第一圆弧1半径R81＝25.40445mm；第二圆弧2圆心角α82＝29.34406°，第二圆弧2半径R82＝22.35389mm；第三圆弧3圆心角α83＝29.34406°，第三圆弧3半径R83＝22.35389mm；
S10、第9道次，即第1架封闭孔，其上平辊导向片锥角为40°，则第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3所对应圆心角的总和α9＝102.7042°，R9＝22.35389mm；
S11、第10道次立辊，孔型半径R10＝21.40655mm，则第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3所对应圆心角的总和α10＝107.4721°。
S12、第11道次，即第3架封闭孔，其上平辊导向片锥角为20°，则第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3所对应圆心角的总和α11＝112.7042°，R11＝20.45921mm；
S13、第12道次立辊，孔型半径R12＝19.89025mm，则第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3所对应圆心角的总和α12＝116.0988°；
S14、第13道次，即第5架封闭孔，其上平辊导向片锥角为6°，则第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3所对应圆心角的总和α13＝119.7042°，R13＝19.32128mm；
S15、第14道次，即焊接挤压孔型，将第一圆弧1、第二圆弧2、第三圆弧3、第四圆弧4焊接挤压至半径为18.5mm的圆弧，形成直径为37mm的焊管。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
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