CN105107866A - 一种高强度尖角方矩形管热整形方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种高强度尖角方矩形管热整形方法及装置，包括如下步骤：采用冷弯成形方法将高强度钢板预弯成圆角半径R＝4～10mm的预成形方矩形管，再进入感应加热线圈，对预成形方矩形管的四个弯角部位进行局部加热，加热温度为500～1050℃；加热后，将预成形方矩形管送入至第一道次轧辊孔型中，挤压出尖角型方矩形管；然后，进入第二整形道次进行第二次热整形，消除冗余变形。本发明可制备出带有内尖角或外尖角的方矩形管，其角部残余应力减小，延伸率升高，避免由于加工硬化而产生的开裂现象。
Description
技术领域
本发明属于热挤压成形领域，具体涉及一种高强度尖角方矩形管热整形方法及装置。
背景技术
高强度方矩形管是一种用途极广的闭口型钢，与相同截面积的圆管相比，它具有强度高、抗弯截面模量大、易于装配以及稳固、美观等优点，广泛用于车辆、建筑等行业，尤其在客车骨架、建筑装饰方面，高强度方矩形管也成为了世界钢材市场上越来越令人注目的产品。
随着高强度方矩形管产品需求量增加，对方矩形管的强度、尺寸及圆角精度要求也越来越高，当高强钢或超高强钢引入辊弯成形工艺，方矩形管生产遇到各种问题，如内外弯角不均匀且易产生塌角；延伸率明显降低；同时其屈强比高，即成型区间相对较小，尤其是尖角方矩形管的成形，很容易产生开裂。所以，采用传统辊弯成形工艺生产高强度尖角方矩形管几乎无法完成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强钢尖角方矩形管成形方法及装置，在整形过程中引入局部热整形技术，通过感应线圈对方矩形管四个弯角进行局部感应加热，消除弯角处残余应力集中现象，提高材料的成形性能；同时避免由于加工硬化而产生的开裂现象。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种高强度尖角方矩形管热整形方法，包括以下步骤：
1)预成形
采用冷弯成形方法，将高强度钢板预弯成圆角半径R＝4～10mm的预成形方矩形管，所述高强度钢板的屈服强度为600～1400MPa。
2)加热
预成形方矩形管进入感应加热线圈，对预成形方矩形管的四个弯角部位进行局部加热，加热温度为500～1050℃。
3)第一道次整形
加热后，将预成形方矩形管送入第一道次轧辊孔型中，挤压出尖角型方矩形管；所述第一道次轧辊等径，且轧辊辊面上设有凹槽，所述第一道次轧辊孔型由四个轧辊组成。
4)第二道次整形
精整后的尖角型方矩形管进入第二整形道次，进行第二次热整形，消除冗余变形。
进一步，步骤3)第一道次轧辊辊面上凹槽的内凹量为0.1～0.5mm。
再，当尖角型方矩形管的内角为尖角时，步骤2)中加热温度为500～800℃，优选500～750℃；当尖角型方矩形管的外角为尖角时，步骤2)中加热温度为800～1050℃。
当尖角型方矩形管的外角为尖角时，第二道次整形后需要冷却。
又，步骤4)中尖角型方矩形管进入第二整形道次，利用土耳其头原理、道次间的速度差产生的张力作用以及步骤3)第一热精整道次后的余热，实现对尖角型方矩形管的第二次热整形作用，消除翘曲、侧弯、扭曲等冗余变形。
步骤4)利用第一道次轧辊与第二整形道次轧辊的辊径差造成的速度差在两道次间产生张力作用，其中，所述第一道次轧辊与第二整形道次轧辊的辊径差为1～5mm。
进一步，所述第一道次整形后余热温度为400～600℃。
本发明所述尖角型方矩形管包括内角为尖角的方矩形管和外角为尖角的方矩形管，内角为尖角的方矩形管的成形工艺选取温成形，成形温度为500～800℃；外角为尖角的方矩形管的成形工艺选取热整形，成形温度为800～1050℃。其中，热整形工艺中，冷却工艺为水冷，保证整形后方矩形管的强度。
本发明步骤3)所述第一道次轧辊辊面带有凹槽，可将挤压力传递到弯角部位，防止挤压过程中，由于高温弯角部变形阻力较小，出现方矩形管边部内凹现象，同时将轧辊设计为等径，保证四向压力一致，得到四个一致的尖角。
步骤3)中，预成形方矩形管在带凹槽的轧辊的作用力下，弯角部位受到四向挤压力，由于弯角部位受到温度的影响，其屈服强度低于不受温度影响或影响很小的母材，挤压力传递到弯角处，发生塑形形变，形成尖角。此时，方矩形管的受力示意图如图1所示。
在经过步骤3)大形变挤压后，方矩形管的圆角会受到非均匀的残余应力，造成扭曲、侧弯等冗余变形。本发明提供了一种热张力***，其原理在于，利用两道次间的辊径差造成的速度差，在两道次间产生一定的张力作用，再结合热整形后的余热，以及土耳其头原理有效地解决了热精整后扭曲、翘曲等冗余形变，方矩形管的受力示意图如图1所示。具体是第一、二道次整形的辊径差为1～5mm，通过道次间距或进给速度来确保余热温度范围在400～600℃之间。
本发明的高强度尖角方矩形管热整形装置，依次包括送料机架、导向辊，整形机架，还包括，至少一个线性感应加热线圈，设置于所述导向辊出口处；所述整形机架包括串联设置的两个机架，该两个机架采用土耳其头式机架，其中，所述第一道次机架轧辊辊面设有凹槽。
进一步，所述第一道次机架轧辊辊面上凹槽的内凹量为0.1～0.5mm。
优选地，所述感应加热线圈包括四个感应线圈单元，四个感应线圈单元呈方矩形状排列，且四个感应线圈单元的间距可调，使得形成的中间孔型的尺寸可调。
优选地，本发明包括四个感应加热线圈，四个感应加热线圈呈方矩形状排列，且四个感应线圈的间距可调，使得形成的中间孔型尺寸可调。
优选地，本发明所述整形装置还包括与线性感应加热线圈连接的测温装置及PID反馈控制***。
本发明通过呈方矩形状排列的四个感应线圈单元或感应加热线圈对预成形方矩形管的四个弯角部位进行局部加热，其它部位不受温度影响或受影响非常小；并通过与感应加热器连接的测温装置及PID反馈控制***调节感应加热器的功率，保证温度的恒定，稳定实现四个弯角均匀加热。其中感应加热线圈中间孔型尺寸可调节，适用于不同规格尺寸的方矩形管角部加热。
本发明的有益效果：
1.本发明通过感应线圈能准确对方矩形管的四个弯角部位进行局部加热，而避开其他边部母材不受影响，从而降低矩形管弯角部位的强度，提高了弯角部位的塑形形变性能，得到尖角方矩形管，并改善了弯角部位的加工硬化现象，提高了其延伸率；且该感应线圈加热速度快，热效率高，成本低。
2.本发明第一道次轧辊辊面带有凹槽，将挤压力传到角部，有效防止方管平面下凹现象出现。并提出利用两道次间的辊径差造成的速度差在两道次间产生张力作用，再结合余热很好地解决了热精整后扭曲、翘曲等冗余形变。
3.本发明的热整形装置可以作为一个模块，需要时，嵌入生产线；不需要时，整体撤掉即可，拆装方便、快捷；对设备成形力的要求低，延长了设备的寿命。
4.本发明制备得到带有内尖角或外尖角的方矩形管，其角部残余应力减小，延伸率升高，为高强钢方矩形管的后续加工提供了可能性。
附图说明
图1是本发明方矩形管在整形过程中的受力示意图。
图2是本发明实施例的流程示意图。
图3是本发明感应加热器局部加热方矩形管的使用示意图。
图4是本发明设计的尖角成形第一道次轧辊的结构示意图。
图5是本发明实施例1、2预成形方矩形管的结构示意图。
图6是本发明实施例1内尖角方矩形管产品的结构示意图。
图7是本发明实施例2外尖角方矩形管产品的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
参见图2～图4，本发明的高强度尖角方矩形管热整形装置，依次包括送料机架1、导向辊2，整形机架，还包括，至少一个线性感应加热线圈3，及与线性感应加热线圈连接的测温装置及PID反馈控制***4，设置于所述导向辊2出口处；所述整形机架包括串联设置的两个机架5和7，该两个机架5和7采用土耳其头式机架，其中，所述第一道次机架轧辊6辊面设有凹槽。
本实施例中所述感应加热线圈3包括四个感应线圈单元31、32、33、34，四个感应线圈31、32、33、34单元呈方矩形状排列，中间孔型尺寸可调。
本发明的高强度尖角方矩形管热整形方法，包括如下步骤：
1)由传统冷弯工艺将高强度钢板预弯成圆角半径较大的矩形管，然后进入送料机架1，结合导向辊2，将预成形方矩形管平稳的输送入感应线圈3，防止预成形方矩形管与线圈接触，破坏感应线圈。
2)进入感应线圈3，四个感应线圈单元31、32、33、34对预成形方矩形管的四个弯角部位进行局部加热，加热到预设温度后，由测温仪及PID反馈控制***4保证加热温度的恒定；随之，进入机架5，方矩形管在带凹弧的第一道次轧辊6的作用力下，弯角部位受到四向挤压力，由于圆角受到温度的影响，屈服强度低于不受温度影响或影响很小的母材，挤压力传递到弯角处，发生塑形形变，形成尖角。
3)第一热精整道次后的尖角型方矩形管进入机架7，进行第二次热整形，利用两道次间的辊径差造成的速度差，在两道次间产生一定的张力作用，再结合热整形后的余热(400～600℃)，以及土耳其头原理有效地解决了热精整后扭曲、翘曲等冗余形变。
实施例1
将高强度钢板(材料是QSTE700)预弯成圆角半径R＝6mm的预成形方矩形管(如图5所示)，其尺寸为40.0×40.0×2.0mm；2)以进给速度10m/min，将预成形方矩形管圆角部位迅速加热到600℃；3)经热挤压、整形后，获得尺寸为38.0×38.0×2.0mm、内尖角方矩形管，其结构如图6所示。
经检测，对于QSTE700材料，冷弯成形时，延伸率只有9％；而经本实施例热整形后弯角延伸率回复到原料性能，延伸率达20％。
实施例2
将高强度钢板(QSTE700材料)预弯成圆角半径R＝6mm的预成形方矩形管(如图5所示)，其尺寸为40.0×40.0×2.0mm；2)以进给速度10m/min，将预成形方矩形管圆角部位迅速加热到800℃；3)经热挤压、整形后，获得尺寸为37.5×37.5×2.0mm、外尖角方矩形管，其结构如图7所示。
经检测，冷弯成形时，延伸率只有5％；而经本实施例热整形后弯角延伸率回复到原料性能，延伸率达18％。
综上可知，与冷弯成形工艺相比，本发明方矩形管加工硬化现象减轻，残余应力减小，延伸率得到很好的改善。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强度尖角方矩形管热整形方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)预成形
采用冷弯成形方法，将高强度钢板预弯成圆角半径R＝4～10mm的预成形方矩形管，所述高强度钢板的屈服强度为600～1400MPa；
2)加热
利用感应加热线圈对预成形方矩形管的四个弯角部位进行局部加热，加热温度为500～1050℃；
3)第一道次整形
加热后，将预成形方矩形管送入第一道次轧辊孔型中，挤压出尖角型方矩形管；所述第一道次轧辊等径，且轧辊辊面上设有凹槽；
4)第二道次整形
精整后的尖角型方矩形管进入第二整形道次，进行第二次热整形，消除冗余变形；
其中，所述第一道次轧辊与第二整形道次轧辊的辊径差为1～5mm。
2.根据权利要求1所述的高强度尖角方矩形管热整形方法，其特征在于，步骤3)第一道次轧辊辊面上凹槽的内凹量为0.1～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的高强度尖角方矩形管热整形方法，其特征在于，步骤3)第一道次整形后余热温度为400～600℃。
4.根据权利要求1所述的高强度尖角方矩形管热整形方法，其特征在于，当尖角型方矩形管的内角为尖角时，步骤2)中加热温度为500～800℃；当尖角型方矩形管的外角为尖角时，步骤2)中加热温度为800～1050℃。
5.根据权利要求1或4所述的高强度尖角方矩形管热整形方法，其特征在于，当尖角型方矩形管的外角为尖角时，步骤4)第二道次整形后还包括冷却工艺。
6.一种高强度尖角方矩形管热整形装置，依次包括送料机架、导向辊，整形机架，其特征在于，还包括，
至少一个感应加热线圈，设置于所述导向辊出口处；
所述整形机架包括串联设置的两个机架，该两个机架采用土耳其头式机架，其中，所述第一道次机架轧辊辊面设有凹槽。
7.根据权利要求6所述的高强度尖角方矩形管热整形装置，其特征在于，所述感应加热线圈包括四个感应线圈单元，所述四个感应线圈单元呈方矩形状排列，且四个感应线圈单元的间距可调。
8.根据权利要求6所述的高强度尖角方矩形管热整形装置，其特征在于，包括四个感应加热线圈，所述四个感应加热线圈呈方矩形状排列，且四个感应线圈的间距可调。
9.根据权利要求6所述的高强度尖角方矩形管热整形装置，其特征在于，所述第一道次机架轧辊辊面上凹槽的内凹量为0.1～0.5mm。
10.根据权利要求6或7或8所述的高强度尖角方矩形管热整形装置，其特征在于，还包括与感应加热线圈连接的测温装置及PID反馈控制***。
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