CN102500662A - 大型管件整径矫圆方法 - Google Patents

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赵军
展培培
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本发明涉及一种大型管件整径矫圆方法，其特征是：以O型直缝焊管管坯作为整径矫圆的对象，对管坯施加周向压应力，使管坯截面产生均匀的周向压缩弯曲变形，从而控制其管坯最终椭圆度及截面周长，将其成形精度控制在公差允许范围内。其优点是：可以使管坯形状精度和尺寸精度符合要求，管坯组织致密，同时提高了生产效率。

Description

大型管件整径矫圆方法
技术领域
本发明涉及一种机械加工方法，特别是整径矫圆方法。
背景技术
近年来，随着西气东输对大口径直缝埋弧焊管的需求量日益增加，进而对大口径直缝埋弧焊管的质量要求也逐步增高。目前，在大口径直缝焊管成形工艺过程中，如UOE，JCOE生产工艺中，即“U成形，O成形，扩径”以及“J成形，C成形，O成形，扩径”生产工艺中，主要采用扩径工艺分段实现管坯的全长矫圆工作。其原理是：利用拉力下的弯曲达到控制管壁在成形过程中回弹量的目的，即通过内置多瓣膜从内向外胀制管坯，使管坯截面成圆形，从而达到改善管坯椭圆度的目的。由于传统机械扩径采用多瓣膜分段胀制管坯，因此存在以下不足：1、生产效率低；2、胀制过程中产生周向拉应力，使管壁组织缺陷扩大，降低钢管的疲劳强度；3、机械扩径装置结构复杂，造价昂贵；4、难以实现大口径厚壁管坯矫圆工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加工设备和模具简单、审查成本低、生产效率高、加工管件品质好的大型管件缩径矫圆方法。本发明主要通过使用截面圆弧模具或母线连成整圆的辊组使管坯截面产生弯曲、压缩，从而控制管坯成形后卸载时的回弹量，进而控制成形后的管坯形状质量。
本发明的具体方法如下：
本发明以O型直缝焊管管坯作为整径矫圆的对象，对管坯施加周向压应力，使管坯截面产生均匀的周向压缩弯曲变形，从而控制其管坯最终椭圆度及截面周长，将其成形精度控制在公差允许范围内。具体可以采用模压整径矫圆、锥孔模整径矫圆、滚压整径矫圆三种方法之一进行整径矫圆。
一、管坯的制作：
1、根据不同管型确定其管坯压缩系数                                                ，
Figure 671305DEST_PATH_IMAGE001
的取值在0.005～0.015之间，由公式
Figure 807889DEST_PATH_IMAGE002
，计算出初始板料宽度B的尺寸值。
2、校准板料宽度后，铣焊接坡口，并进行纵边预弯。
3、将板坯送入成型机成形，根据成形方法不同可分为JCO成形，以及UO成形，使板坯成为O形。
4、对成形后管坯进行预焊、内焊、外焊处理，焊合管坯纵边。
二、管坯的整径矫圆：
1、模压整径矫圆  将管坯置于安装在通用压力机的上下两半圆弧模具之间，模具轴向宽度小于管坯长度，两瓣模圆柱面直径尺寸小于管坯直径，通过压机活动横梁带动上模下行径向压制管坯，使管坯截面产生周向压缩实现整径矫圆过程，待上模上行后，管坯轴向进给，其进给量根据模具纵向宽度和管坯压制过程中未产生变形的刚端影响因素决定，模具宽度
Figure 2011103520930100002DEST_PATH_IMAGE003
计算公式为
Figure 414450DEST_PATH_IMAGE004
，式中
Figure 2011103520930100002DEST_PATH_IMAGE005
为整径矫圆所用压机的吨位，k为安全系数，取值区间为2～3，t为管壁厚度，
Figure 844032DEST_PATH_IMAGE006
为管坯材料的屈服强度；然后上模下行完成管坯第二次压制，经多道次压制成形，依次逐步完成整管的缩径矫圆；
2、锥孔模整径矫圆  轴向对管坯施加压力，使管坯从模具锥孔大圆端进入锥孔模具，并连续轴向通过整体锥孔模具，锥孔锥度取值区间为3°～10°，模具锥孔小圆端直径小于管坯直径，大圆端直径大于管坯直径，从而实现整管的整径矫圆；
3、滚压式整径矫圆  采用一组辊组，辊组的母线连成一个整圆，辊组母线所成圆弧直径小于管坯直径，轴向进给管坯，使管坯连续通过辊组，从而实现整管的整径矫圆。
上述三种方法中：分瓣模具截面圆弧半径、锥孔模圆孔最小半径以及辊组母线所组成圆弧半径
Figure 2011103520930100002DEST_PATH_IMAGE007
根据式
Figure 536045DEST_PATH_IMAGE008
确定，式中D为管的公称直径，为加载后管坯管壁的回弹量，
Figure 210740DEST_PATH_IMAGE009
的取值在0.001～0.005之间。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、采用本发明的方法可以使管坯截面在压应力作用下完成矫圆过程，有利于抑制管坯中的组织缺陷，如闭合组织微裂纹及孔洞，从而增强管件疲劳寿命，提高管件品质。
2、本发明的方法在连续的标准圆弧截面模具内完成矫圆过程，有利于改善管件的尺寸精度和形状精度，提高管件产品的一致性。
3、本发明的方法所需的设备和模具结构简单，对加工精度和材质要求低，可以降低生产成本。
4、本发明的具体方法中，除了模压方式，其余两种方式都为连续生产，提高了管坯的整形矫圆效率，从而提高了管件的生产效率。
附图说明
图1是本发明实施例1首次整径矫圆变形前两瓣模与管坯位置关系示意简图；
图2是图1的纵向剖视图；
图3是本发明例1首次整径矫圆过程中两瓣模与管坯全接触状态位置关系示意简图；
图4是图3的纵向剖视图；
图5是本发明例1首次整径矫圆变形后两瓣模与管坯位置关系示意简图；
图6是图5的纵向剖视图；
图7是本发明例2整径矫圆过程中成形锥孔模、顶头与管坯位置关系示意简图；
图8是图7的纵向剖视图；
图9是本发明例3整径矫圆过程中四辊、顶头与管坯位置关系示意简图；
图10是图9的左视图；
图11是本发明例3整径矫圆过程中四辊与管坯位置关系三维轴侧简图。
图中：1.管坯、2.模压上模、3.模压下模、4.锥孔模、5、顶头、6.辊组。
具体实施方式
实施例1  
一、管坯的制作：
1、根据不同管型确定其管坯压缩系数
Figure 671808DEST_PATH_IMAGE001
，的取值在0.005～0.015之间，由公式
Figure 785356DEST_PATH_IMAGE002
，计算出初始板料宽度B的尺寸值。
2、校准板料宽度后，铣焊接坡口，并进行纵边预弯。
3、将板坯送入成型机成形，根据成形方法不同可分为JCO成形，以及UO成形，使板坯成为O形。
4、对成形后管坯进行预焊、内焊、外焊处理，焊合管坯纵边。
二、模压整径矫圆：将规格为3224mm×12000mm×20mm的板坯宽度校准铣边后，进入成形机成形，并经预焊、内焊、外焊，得到Ф1016×20mm规格的直缝埋弧焊管管坯1。根据压机吨位，通过计算分析，计算出模具宽度尺寸为1000mm，模具型面直径尺寸为1014.78mm，因此，管坯整径矫圆过程共需要十二步矫正。首先，管坯沿轨道轴向进给1000mm，送入安装在压力机上的上模2与下模3之间，如图1、2所示，因为管坯外径大于模具圆弧直径，因此管坯外表面不能与模具型面完全接触。待管坯轴向位置定位后，上模块由压机活动横梁带动下行，管坯外表面与模具型面完全贴合，管坯截面产生弯曲变形，如图3、4所示。之后上模继续下行，管坯截面产生周向压缩变形，直至管坯截面成为圆形，如图5、6所示。随后上模上行，完成管坯单步整径矫圆过程。其次，管坯依次进给1000mm，压机逐次下行，最终完成整体管坯的整径矫圆工作。
实施例2 
一、管坯的制作同实施例1。
二、锥孔模整径矫圆：将实施例1中所述焊接完成后管坯1由传送轨道送至锥孔模4前，锥孔模小端圆孔直径尺寸为1014.78mm，锥孔锥度为4°，顶头5的柱面最大尺寸为1010mm，在顶头5的作用下使管坯轴向通过锥孔模锥孔，如图7、8所示。因为锥孔小圆端直径略小于管坯直径，而大圆端直径大于管坯直径，因此，在管坯在通过锥孔过程中，管坯截面首先产生弯曲变形与锥孔面完全贴合，其次产生压缩变形，最终实现管坯的整径矫圆工作。
实施例3  
一、管坯的制作同实施例1。
二、滚压式整径矫圆：如图9、10、11所示，由四个辊构成的辊组6的外母线组成一个圆形，圆的直径为1014.78mm，辊尺寸最小处直径为500mm，将实施例1中所述焊接完成后管坯1由传送轨道送至辊组6前，在顶头5的作用下使管坯1通过辊组6。辊组6母线所成圆弧直径略小于管坯直径，因此此方法类似于例2所示方法。区别在于降低了管坯与模具之间的摩擦，即变滑动摩擦为滚动摩擦，从而提高了工作效率。

Claims (6)

1.一种大型管件整径矫圆方法，其特征是：以O型直缝焊管管坯作为整径矫圆的对象，对管坯施加周向压应力，使管坯截面产生均匀的周向压缩弯曲变形，从而控制其管坯最终椭圆度及截面周长，将其成形精度控制在公差允许范围内。
2.根据权利要求1所述的大型管件整径矫圆方法，其特征是：采用模压整径矫圆、锥孔模整径矫圆、滚压整径矫圆三种方法之一进行整径矫圆。
3.根据权利要求2所述的大型管件整径矫圆方法，其特征是：模压整径矫圆是将管坯置于安装在通用压力机的上下两半圆弧模具之间，模具轴向宽度小于管坯长度，两瓣模圆柱面直径尺寸小于管坯直径，通过压机活动横梁带动上模下行径向压制管坯，使管坯截面产生周向压缩实现整径矫圆过程，待上模上行后，管坯轴向进给，其进给量根据模具纵向宽度和管坯压制过程中未产生变形的刚端影响因素决定，模具宽度                                                
Figure 2011103520930100001DEST_PATH_IMAGE001
计算公式为
Figure 741693DEST_PATH_IMAGE002
，式中
Figure 2011103520930100001DEST_PATH_IMAGE003
为整径矫圆所用压机的吨位，k为安全系数，取值区间为2～3，t为管壁厚度，
Figure 821382DEST_PATH_IMAGE004
为管坯材料的屈服强度；然后上模下行完成管坯第二次压制，经多道次压制成形，依次逐步完成整管的缩径矫圆。
4.根据权利要求2所述的大型管件整径矫圆方法，其特征是：锥孔模整径矫圆是轴向对管坯施加压力，使管坯从模具锥孔大圆端进入锥孔模具，并连续轴向通过整体锥孔模具，锥孔锥度取值区间为3°～10°，模具锥孔小圆端直径小于管坯直径，大圆端直径大于管坯直径，从而实现整管的整径矫圆。
5.根据权利要求2所述的大型管件整径矫圆方法，其特征是：滚压整径矫圆是采用一组辊组，辊组的母线连成一个整圆，辊组母线所成圆弧直径小于管坯直径，轴向进给管坯，使管坯连续通过辊组，从而实现整管的整径矫圆。
6.根据权利要求3、4或5所述的大型管件整径矫圆方法，其特征是：分瓣模具截面圆弧半径、锥孔模圆孔最小半径以及辊组母线所组成圆弧半径
Figure 2011103520930100001DEST_PATH_IMAGE005
根据式确定，式中D为管的公称直径，
Figure 2011103520930100001DEST_PATH_IMAGE007
为加载后管坯管壁的回弹量，的取值在0.001～0.005之间。
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