CN116551331A - 一种日字型冷弯型材及其辊弯成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种日字型冷弯型材及其辊弯成型方法。其中一种日字型冷弯型材包括：第一部件，所述第一部件包括第一板状结构，以及由所述第一板状结构首尾相接形成的中空部；第二部件，所述第二部件为第二板状结构，所述第二板状结构位于所述第一部件内部，将所述中空部分割为第一中空部与第二中空部。一种日字型冷弯型材的辊弯成型方法包括先将板材辊弯，使板材截面呈类“b”字形结构后焊接，后将类“b”字形结构的立边进行辊弯，使类“b”字形结构的立边呈类倒“U”字形结构，形成类“日”字形结构的截面板材后焊接；本发明具有高效、节材、节能和产品精度高等优点，为稳定批量实现“日”字型复杂截面冷弯型钢的高精度辊弯成型提供了新方法。

Description

一种日字型冷弯型材及其辊弯成型方法

技术领域

本发明涉及型材成型技术领域，具体为一种日字型冷弯型材及其辊弯成型方法。

背景技术

辊弯型钢是一种用途非常广泛的经济型型材。由于其截面结构合理(通常根据使用要求设计)、品种规格繁多、几何尺寸精确以及现代社会对材料轻量化、截面形状合理化和功能化的使用要求,因而几乎遍及人们日常生活的各个领域。随着技术的不断进步和用户对产品要求的不断提高,冷弯型钢也向着更加复杂、更精密的方向发展。但由于辊弯成形过程复杂，影响因素众多，轻量化用高强钢或超高强钢等板带材辊弯成型过程变形规律尚未被人们所完全掌握，所以对辊弯型钢产品，尤其是“日”字型复杂截面型钢产品的孔型设计还主要依赖设计者的生产经验。且与普通槽钢相比，“日”字型复杂截面型钢其截面形状复杂，一般不对称,存在严重的非均匀变形，成型难度大，且弯曲角的数量相较于普通槽钢显著增多。弯曲工艺是“日”字型复杂截面型钢的辊弯成型过程的关键技术之一，弯曲角的成型工艺和变形角的合理分配影响了最终产品的成型质量。

对于“日”字形结构的型材，传统的生产方法有两种，第一种方法为：(1)通过辊弯设备加工出两个“U”字形截面；(2)利用预先裁剪的矩形板将两个U型槽钢焊接，如图1所示。第二种方法为：(1)用辊弯设备加工出“口”字形截面和“U”字形截面；(2)将两部分焊接，如图2所示。上述两种成形方法除了加工制件本身的难度之外，还需要在生产制件过程中进行反复焊接接口，以达到型材整体性的使用要求，而焊接技术又会对制件的质量产生额外影响，对焊工技术的依赖性更高。

因此需要一种日字型冷弯型材的结构及其生产方法来减少焊点，而且在保证质量的同时提高材料利用率和生产效率，更加广泛地扩大其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种日字型冷弯型材及其辊弯成型方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种日字型冷弯型材及其辊弯成型方法。

其中，一种日字型冷弯型材包括：第一部件，所述第一部件包括第一板状结构，以及由所述第一板状结构首尾相接形成的中空部；第二部件，所述第二部件为第二板状结构，所述第二板状结构位于所述第一部件内部，将所述中空部分割为第一中空部与第二中空部。

优选的，所述第一板状结构的第一端与所述第二板状结构的第一端之间一体成型，所述第一板状结构的第二端与所述第二板状结构的第一端之间连接，所述第二板状结构的第二端与所述中空部的内壁连接。

优选的，所述第一板状结构的第二端与所述第二板状结构的第一端的连接处形成第一焊接部，所述第二板状结构的第二端与所述中空部的内壁处形成第二焊接部；所述第一中空部接近所述第一板状结构的第一端，所述第二中空部接近所述第一板状结构的第二端，所述第一焊接部位于所述中空部外，所述第二焊接部位于所述第二中空部内。

其中，一种日字型冷弯型材的辊弯成型方法，包括：

S1.准备板材；

S2.将板材辊弯，使板材截面呈类“b”字形结构；

S3.第一次焊接，即对类“b”字形结构的型材做内焊缝焊接；

S4.将类“b”字形结构的立边进行辊弯，使类“b”字形结构的立边呈类倒“U”字形结构，形成类“日”字形结构的截面板材；

S5.第二次焊接，即对类“日”字形结构的型材做外焊缝焊接。

使用这种日字型冷弯型材的辊弯成型方法，可以减少型材的焊缝，减少型材的工艺步骤，板材可一体成型为日字型型材，使得稳定性更高，耐用性更强。

优选的，所述步骤S2具体包括：

1)自板材的一端至板材的另一端，将板材依次序划分为A区域、B区域、C区域、D区域；

2)以B区域为腹板，第一次辊弯A区域，辊弯角度为a，角a小于A区域所需要成型的角度；

3)辊弯C区域和D区域，C区域和D区域的辊弯角度为成型所需要的角度；

4)二次辊弯A区域，A区域二次辊弯的角度为a₁，角a与角a₁之和为A区域所需要成型的角度。

考虑到C区域和D区域板料弯折时的空间问题，即C区域和D区域的尺寸较小，并且最终成形的截面为一个封闭形轮廓，如果A区域直接成形到所需要成型的角度，随着C区域和D区域的板料多道次辊弯成形，板料截面的轮廓将趋于封闭，受到A区域、B区域板料的阻碍，C区域的成形模具最终无法伸入封闭轮廓内部，也就不能成形相邻两壁垂直的截面形状，因此先对A区域做第一次辊弯，使第一次辊弯的角度小于A区域所需要成型的角度，有利于日字型型材的成型。

优选的，所述步骤S2中C区域和D区域的辊弯步骤包括：

首先，第一次辊弯D区域，辊弯角度为d，角d小于D区域所需要成型的角度；

接着，辊弯C区域，辊弯角度为C区域所需要成型的角度；

然后，第二次辊弯D区域，D区域二次辊弯的角度为d₁，角d与角d₁之和为D区域所需要成型的角度。

优选的，所述步骤S4包括：

1)将类“b”字形结构中封闭轮廓外部的立边进行划分，自接近板材端面至远离板材端面，依次划分为E区域、F区域、G区域；

2)辊弯E区域和F区域，E区域和F区域的辊弯角度为成型所需要的角度。

优选的，其特征在于，每次辊弯成形均由若干次道次形成，如此可尽量减小整形速度，避免过高的整形速度导致板料塑性变形剧烈并且分布不均匀，造成板料表面质量下降、凸凹不平或波浪形边缘等缺陷的出现；

板材每道次成形所受到的最大纵向应变值m与板材的屈服极限n之间满足：

(1-10％)*n≤m≤(1+10％)*n；

以避免在成型过程中出现边波质量缺陷，即板材边缘出现波浪状褶皱；

板材两端受到的纵向应变值m_端面与最大纵向应变值m之间满足：

m_端面≤m*90％；

以避免在成型过程中出现弯折点偏移现象。

优选的，所述板材为抗拉强度不低于540MPa的轻量化用高强钢或屈服强度大于1380MPa的超高强钢。

优选的，所述板材厚度为2～10mm。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明公开的一种日字型冷弯型材具有稳定性更高，耐用性更强等优点；一种一种日字型冷弯型材的辊弯成型方法具有高效、节材、节能和产品精度高等优点，可很好地解决“日”字型复杂截面冷弯型钢成型过程中基准点易偏移和易出现边波质量缺陷等难题，为稳定批量实现“日”字型复杂截面冷弯型钢的高精度辊弯成型提供了新方法。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明中第一种传统结构；

图2是本发明中第二种传统结构；

图3是本发明一种日字型冷弯型材的结构；

图4是本发明一种日字型冷弯型材的辊弯成型方法的流程示意图；

图5是本发明实施例中型材成型的流程图；

图6是本发明实施例中多道次辊弯的示意图；

图7是本发明实施例1中日字型冷弯型材成型后的照片；

图中：

第一部件1，第一板状结构11，第一中空部12，第二中空部13；

第二部件2，第二板状结构21；

第一焊接部3；

第二焊接部4。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3，本发明提供一种日字型冷弯型材，包括：第一部件1，第一部件1包括第一板状结构11，以及由第一板状结构11首尾相接形成的中空部；第二部件2，第二部件2为第二板状结构21，第二板状结构21位于第一部件1内部，将中空部分割为第一中空部12与第二中空部13。

第一板状结构11的第一端与第二板状结构21的第一端之间一体成型，第一板状结构11的第二端与第二板状结构21的第一端之间连接，第二板状结构21的第二端与中空部的内壁连接。

第一板状结构11的第二端与第二板状结构21的第一端的连接处形成第一焊接部3，第二板状结构21的第二端与中空部的内壁处形成第二焊接部4；第一中空部12接近第一板状结构11的第一端，第二中空部13接近第一板状结构11的第二端，第一焊接部3位于中空部外，第二焊接部4位于第二中空部13内。

实施例1：基于上述的一种日字型冷弯型材，本实施例选取了厚度为10mm、抗拉强度为540MPa的高强钢，对型材进行辊弯成型，形成截面为日字型的型材；

具体的，以图4～5中顺序为例，首先，将型材由左到右依次划分为A区域、B区域、C区域、D区域，其中A区域、C区域和D区域三个区域作为弯折部分，在XYZ三个方向上都要有位移，B区作为腹板，只在成形方向上有位移即可。

由于C区域和D区域的尺寸较小，并且最终成形截面为一个封闭形轮廓，如果将A区域直接辊弯为90°，随着C区域和D区域的型材多道次弯折成形，型材截面的轮廓将趋于封闭，受到A区域和B区域的型材阻碍，C区域的成形模具最终无法伸入封闭轮廓内部，也就不能成形相邻两壁垂直的截面形状。

因此，先将A区域进行第一次辊弯，使A区域与水平方向夹角为60度，其中参照图6，该次辊弯设置每道次成形角度为6度，一共经历10个道次；

接着再将D区域进行第一次辊弯，使D区域与水平方向夹角为60度，参照图6，该次辊弯也设置每道次成形角度为6度，一共经历10个道次；再将C区域进行辊弯，使C区域与水平方向夹角为90度为止，参照图6，该次辊弯设置每道次成形角度为10度，一共经历9个道次；再对D区域进行第二次辊弯，使D区域继续辊弯30度，成型为所需要的角度，且为了避免过高的整形速度导致板料塑性变形剧烈并且分布不均匀，造成板料表面质量下降、凸凹不平或波浪形边缘等缺陷的出现，将该次辊弯设置为每道次成形角度5度，一共经历6个道次；至此，C区域和D区域的辊弯结束，C区域和D区域之间、C区域和B区域之间处于垂直位置；

然后，对A区域进行第二次辊弯，使A区域继续辊弯30度，成型为垂直于水平面的结构，也设置为每道次成形角度5度，一共经历6个道次；

至此，型材由第1道次分别通过各个轧辊，最终通过第41道次以上成形截面呈类“b”字型结构的型材，可对类“b”字型结构进行第一次焊接，即内焊缝焊接；

最后，型材成形为b字型截面后，A区所在的立边部分还需要继续折弯，具体的，将A区所在的立边部分划分为E区域、F区域、G区域，对辊弯E区域和F区域进行辊弯，每处均设置10个道次辊弯成形，每道次成形角度为9度，最终形成如图7所示的“日”字型结构的截面板材。

实施例2：基于上述的一种日字型冷弯型材，本实施例选取了厚度为5mm、抗拉强度为600MPa的高强钢，对型材进行辊弯成型，形成截面为日字型的型材；

具体的，以图4～5中顺序为例，首先，将型材由左到右依次划分为A区域、B区域、C区域、D区域，其中A区域、C区域和D区域三个区域作为弯折部分，在XYZ三个方向上都要有位移，B区作为腹板，只在成形方向上有位移即可。

由于C区域和D区域的尺寸较小，并且最终成形截面为一个封闭形轮廓，如果将A区域直接辊弯为90°，随着C区域和D区域的型材多道次弯折成形，型材截面的轮廓将趋于封闭，受到A区域和B区域的型材阻碍，C区域的成形模具最终无法伸入封闭轮廓内部，也就不能成形相邻两壁垂直的截面形状。

因此，先将A区域进行第一次辊弯，使A区域与水平方向夹角为75度，其中参照图6，该次辊弯设置每道次成形角度为15度，一共经历5个道次；

接着再将D区域进行第一次辊弯，使D区域与水平方向夹角为75度，参照图6，该次辊弯也设置每道次成形角度为15度，一共经历5个道次；再将C区域进行辊弯，使C区域与水平方向夹角为90度为止，参照图6，该次辊弯设置每道次成形角度为15度，一共经历6个道次；再对D区域进行第二次辊弯，使D区域继续辊弯15度，成型为所需要的角度，且为了避免过高的整形速度导致板料塑性变形剧烈并且分布不均匀，造成板料表面质量下降、凸凹不平或波浪形边缘等缺陷的出现，将该次辊弯设置为每道次成形角度5度，一共经历3个道次；至此，C区域和D区域的辊弯结束，C区域和D区域之间、C区域和B区域之间处于垂直位置；

然后，对A区域进行第二次辊弯，使A区域继续辊弯15度，成型为垂直于水平面的结构，同时为了保证型材质量，对A区域进行的第二次辊弯，也设置为每道次成形角度5度，一共经历3个道次；

至此，型材由第1道次分别通过各个轧辊，最终通过第20道次以上成形截面呈类“b”字型结构的型材，可对类“b”字型结构进行第一次焊接，即内焊缝焊接；

最后，型材成形为b字型截面后，A区所在的立边部分还需要继续折弯，具体的，将A区所在的立边部分划分为E区域、F区域、G区域，对辊弯E区域和F区域进行辊弯，每处均设置6个道次辊弯成形，每道次成形角度为15度，最终形成如图7所示的“日”字型结构的截面板材。

实施例3：基于上述的一种日字型冷弯型材，本实施例选取了厚度为2mm、屈服强度为1380MPa的超高强钢，对型材进行辊弯成型，形成截面为日字型的型材；

具体的，以图4～5中顺序为例，首先，将型材由左到右依次划分为A区域、B区域、C区域、D区域，其中A区域、C区域和D区域三个区域作为弯折部分，在XYZ三个方向上都要有位移，B区作为腹板，只在成形方向上有位移即可。

由于C区域和D区域的尺寸较小，并且最终成形截面为一个封闭形轮廓，如果将A区域直接辊弯为90°，随着C区域和D区域的型材多道次弯折成形，型材截面的轮廓将趋于封闭，受到A区域和B区域的型材阻碍，C区域的成形模具最终无法伸入封闭轮廓内部，也就不能成形相邻两壁垂直的截面形状。

因此，先将A区域进行第一次辊弯，使A区域与水平方向夹角为75度，其中参照图6，该次辊弯设置每道次成形角度为5度，一共经历15个道次；

接着再将D区域进行第一次辊弯，使D区域与水平方向夹角为75度，参照图6，该次辊弯也设置每道次成形角度为5度，一共经历15个道次；再将C区域进行辊弯，使C区域与水平方向夹角为90度为止，参照图6，该次辊弯设置每道次成形角度为6度，一共经历15个道次；再对D区域进行第二次辊弯，使D区域继续辊弯15度，成型为所需要的角度，且为了避免过高的整形速度导致板料塑性变形剧烈并且分布不均匀，造成板料表面质量下降、凸凹不平或波浪形边缘等缺陷的出现，将该次辊弯设置为每道次成形角度3度，一共经历5个道次；至此，C区域和D区域的辊弯结束，C区域和D区域之间、C区域和B区域之间处于垂直位置；

然后，对A区域进行第二次辊弯，使A区域继续辊弯15度，成型为垂直于水平面的结构，同时为了保证型材质量，对A区域进行的第二次辊弯，也设置为每道次成形角度3度，一共经历5个道次；

至此，型材由第1道次分别通过各个轧辊，最终通过第55道次以上成形截面呈类“b”字型结构的型材，可对类“b”字型结构进行第一次焊接，即内焊缝焊接；

最后，型材成形为b字型截面后，A区所在的立边部分还需要继续折弯，具体的，将A区所在的立边部分划分为E区域、F区域、G区域，对辊弯E区域和F区域进行辊弯，每处均设置15个道次辊弯成形，每道次成形角度为6度，最终形成如图7所示的“日”字型结构的截面板材。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种日字型冷弯型材，其特征在于，包括：

第一部件，所述第一部件包括第一板状结构，以及由所述第一板状结构首尾相接形成的中空部；

第二部件，所述第二部件为第二板状结构，所述第二板状结构位于所述第一部件内部，将所述中空部分割为第一中空部与第二中空部。

2.根据权利要求1所述的一种日字型冷弯型材，其特征在于：所述第一板状结构的第一端与所述第二板状结构的第一端之间一体成型，所述第一板状结构的第二端与所述第二板状结构的第一端之间连接，所述第二板状结构的第二端与所述中空部的内壁连接。

3.根据权利要求2所述的一种日字型冷弯型材，其特征在于：所述第一板状结构的第二端与所述第二板状结构的第一端的连接处形成第一焊接部，所述第二板状结构的第二端与所述中空部的内壁处形成第二焊接部；

所述第一中空部接近所述第一板状结构的第一端，所述第二中空部接近所述第一板状结构的第二端，所述第一焊接部位于所述中空部外，所述第二焊接部位于所述第二中空部内。

4.一种日字型冷弯型材的辊弯成型方法，其特征在于，包括：

S1.准备板材；

S2.将板材辊弯，使板材截面呈类“b”字型结构；

S3.第一次焊接；

S4.将类“b”字型结构的立边进行辊弯，使类“b”字型结构的立边呈类倒“U”字型结构，形成类“日”字型结构的截面板材；

S5.第二次焊接。

5.根据权利要求4所述的一种日字型冷弯型材的辊弯成型方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

1)自板材的一端至板材的另一端，将板材依次序划分为A区域、B区域、C区域、D区域；

2)以B区域为腹板，第一次辊弯A区域，辊弯角度为a，角a小于A区域所需要成型的角度；

3)辊弯C区域和D区域，C区域和D区域的辊弯角度为成型所需要的角度；

4)二次辊弯A区域，A区域二次辊弯的角度为a₁，角a与角a₁之和为A区域所需要成型的角度。

6.根据权利要求5所述的一种日字型冷弯型材的辊弯成型方法，其特征在于，所述步骤S2中C区域和D区域的辊弯步骤包括：

首先，第一次辊弯D区域，辊弯角度为d，角d小于D区域所需要成型的角度；

接着，辊弯C区域，辊弯角度为C区域所需要成型的角度；

然后，第二次辊弯D区域，D区域二次辊弯的角度为d₁，角d与角d₁之和为D区域所需要成型的角度。

7.根据权利要求4所述的一种日字型冷弯型材的辊弯成型方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

1)将类“b”字型结构中封闭轮廓外部的立边进行划分，自接近板材端面至远离板材端面，依次划分为E区域、F区域、G区域；

2)辊弯E区域和F区域，E区域和F区域的辊弯角度为成型所需要的角度。

8.根据权利要求5～7任意一条所述的一种日字型冷弯型材的辊弯成型方法，其特征在于，每次辊弯成形均由若干次道次形成；

板材每道次成形所受到的最大纵向应变值m与板材的屈服极限n之间满足：

(1-10％)*n≤m≤(1+10％)*n；

板材两端受到的纵向应变值m_端面与最大纵向应变值m之间满足：

m_端面≤m*90％。

9.根据权利要求4～7任意一条所述的一种日字型冷弯型材的辊弯成型方法，其特征在于，所述板材为抗拉强度不低于540MPa的轻量化用高强钢或屈服强度大于1380MPa的超高强钢。

10.根据权利要求4～7任意一条所述的一种日字型冷弯型材的辊弯成型方法，其特征在于，所述板材厚度为2～10mm。