RU2817714C2 - Method for generating model for predicting ovality of steel pipe, method for predicting ovality of steel pipe, method for regulating ovality of steel pipe, method for manufacturing steel pipe and device for predicting ovality of steel pipe - Google Patents

Abstract

FIELD: pipelines.

SUBSTANCE: invention relates to predicting the ovality of a steel pipe after the pipe expansion stage, which is part of the technological process of manufacturing a steel pipe, which includes: the U-forming stage, the O-forming stage, performed by molding a billet having a U-shaped section, and the pipe expansion stage. The initial data collection stage is carried out, in which the initial data is collected by performing a numerical calculation, in which the input data is a data set of operating conditions, which includes one or more operating parameters selected from the operating parameters of the U-forming stage, and one or more operating parameters selected from the operating parameters the O-forming stage. The output data is information about the ovality of the steel pipe after the pipe expansion stage. The numerical calculation is performed repeatedly with a change in the data set of operating conditions and the generation of multiple data pairs from the specified data set of operating conditions and the specified information about the ovality of the steel pipe after the pipe expansion stage. The model generation stage is carried out, at which an ovality prediction model is generated, for which the input data is the specified set of operating conditions, and the output data is the specified information about the ovality of the steel pipe after the pipe expansion stage. The generation of an ovality prediction model is performed using machine learning, using the specified set of training data pairs generated at the initial data collection stage.

EFFECT: accurate prediction of the ovality of the steel pipe after the pipe expansion stage and regulation of the ovality of the steel pipe is provided.

12 cl, 20 dwg, 1 tbl, 7 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Настоящее изобретение относится к способу генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, способу прогнозирования овальности стальной трубы, способу регулирования овальности стальной трубы, способу изготовления стальной трубы и устройству для прогнозирования овальности стальной трубы, применимому к стальной трубе после этапа экспандирования трубы в процессе изготовления UOE-стальной трубы.The present invention relates to a method for generating a steel pipe ovality prediction model, a method for predicting the ovality of a steel pipe, a method for controlling the ovality of a steel pipe, a method for manufacturing a steel pipe, and a device for predicting the ovality of a steel pipe, applicable to a steel pipe after the pipe expansion step in the UOE steel manufacturing process. pipes.

Уровень техникиState of the art

Способы изготовления стальных труб, имеющих большой диаметр и большую толщину и используемых в трубопроводах и т.п., включают в себя широко распространенный способ изготовления стальной трубы (именуемой UOE-стальной трубой) посредством штамповки стального листа, имеющего заданные длину, ширину и толщину, для придания ему U-образной формы, формования листа для придания ему O-образной формы и сварки стыкуемого участка для придания листу формы стальной трубы и экспандирования диаметра стальной трубы (именуемого экспандированием трубы) для уменьшения овальности. В последние годы наблюдается растущий спрос на UOE-стальные трубы, изготавливаемые из материалов большей толщины, имеющих более высокую прочность, и к ним предъявляются более жесткие требования в отношении точности обеспечения овальности стальных труб.Methods for manufacturing steel pipes having a large diameter and large thickness and used in pipelines and the like include a widely used method of manufacturing a steel pipe (referred to as UOE steel pipe) by stamping a steel sheet having a predetermined length, width and thickness, to shape it into a U-shape, forming the sheet to make it into an O-shape, and welding the joining portion to shape the sheet into the shape of a steel pipe, and expanding the diameter of the steel pipe (referred to as pipe expansion) to reduce the ovality. In recent years, there has been an increasing demand for UOE steel pipes made from thicker, higher strength materials and more stringent requirements regarding the accuracy of steel pipe ovality.

В связи с этим в Патентной литературе 1 приводится описание способа ограничения на этапе изготовления UOE-стальной трубы, включающем в себя этапа C-формования (этап гибки концов), этап U-формования (этап U-гибки) и этап O-формования (этап O-гибки), случая неполного формования на этапе O-формования за счет надлежащего выбора ширины обработки посредством гибки концов (длина C-гибки) на этапе C-формования, ширины U-гибки на этапе U-формования и радиуса кривизны участка плеча инструмента для U-формования. Способ, описанный в Патентной литературе 1, позволяет получить надлежащую форму стальной трубы при выполнении формования в заданном диапазоне условий независимо от толщины и качества материала.In this regard, Patent Literature 1 describes a constraint method in a UOE steel pipe manufacturing step including a C-forming step (end bending step), a U-forming step (U-bending step), and an O-forming step (U-bending step). O-bending), the case of incomplete forming in the O-forming step by properly selecting the processing width by end bending (C-bending length) in the C-forming step, the U-bending width in the U-forming step, and the radius of curvature of the tool arm section for U-forming. The method described in Patent Literature 1 can obtain the proper shape of a steel pipe when molding is performed under a given range of conditions, regardless of the thickness and quality of the material.

С другой стороны, в Патентной литературе 2 описывается способ уменьшения наличия углов в стальной трубе, именуемых пиковой величиной, с целью уменьшения овальности стальной трубы за счет задания соотношения между наружным диаметром экспандера, используемого на этапе экспандирования трубы, который является частью процесса изготовления UOE-стальной трубы, перед экспандированием диаметра и внутренним диаметром изделия в виде стальной трубы, подлежащей изготовлению, для обеспечения соответствия заданному диапазону. Кроме того, в Патентной литературе 3 описывается прием задания ширины инструмента для U-формования, используемого на этапе U-формования, до 70% и менее от наружного диаметра изделия в виде стальной трубы, имеющей заданную прочность и размер. Способ, описанный в Патентной литературе 3, предлагается для оптимизации состояния контакта между матрицей для O-формования и формуемой заготовкой на этапе O-формования и уменьшения овальности открытой трубы после этапа O-формования.On the other hand, Patent Literature 2 describes a method for reducing the presence of corners in a steel pipe, called peak value, to reduce the ovality of the steel pipe by setting the ratio between the outer diameter of the expander used in the pipe expansion step, which is part of the UOE steel manufacturing process. pipes, before expanding the diameter and inner diameter of the steel pipe product to be manufactured to meet the specified range. In addition, Patent Literature 3 describes a technique for setting the width of the U-forming tool used in the U-forming step to 70% or less of the outer diameter of a steel pipe product having a specified strength and size. The method described in Patent Literature 3 is proposed for optimizing the contact state between the O-forming die and the molded workpiece in the O-forming step and reducing the ovality of the open tube after the O-forming step.

Перечень противопоставленных документовList of opposed documents

Патентная литература;Patent literature;

Патентная литература 1: JP 55-50916 A;Patent Literature 1: JP 55-50916 A;

Патентная литература 2: JP 4-71737 A;Patent Literature 2: JP 4-71737 A;

Патентная литература 3: JP 2004-141936 A.Patent Literature 3: JP 2004-141936 A.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Техническая проблемаTechnical problem

Однако способ, описанный в Патентной литературе 1, является недостаточным для достижения требуемой овальности UOE-стальной трубы, что затрудняет изготовление UOE-стальной трубы, имеющей приемлемую овальность. Кроме того, указанный способ предлагает надлежащие условия в качестве рабочих условий этапа C-формования и этапа U-формования, но не предлагает прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы в виде изделия. С другой стороны, с помощью способа, описанного в Патентной литературе 2, сложно достичь приемлемую овальность с точки зрения прочности оснастки для экспандирования трубы применительно к UOE-стальной трубе, имеющей большую толщину и высокую прочность. Кроме того, процесс изготовления UOE-стальной трубы включает в себя ряд этапов, включающих в себя, по меньшей мере, такие этапы, как этап U-формования и этап O-формования помимо этапа экспандирования трубы. Однако в способе, описанном в Патентной литературе 2, не рассматривается влияние рабочих условий этапов, не являющихся этапом экспандирования трубы, на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Это затрудняет надежность достижения уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы.However, the method described in Patent Literature 1 is insufficient to achieve the required ovality of a UOE steel pipe, which makes it difficult to manufacture a UOE steel pipe having an acceptable ovality. In addition, this method offers proper conditions as the operating conditions of the C-forming step and the U-forming step, but does not offer prediction of the ovality of the steel pipe after the step of expanding the pipe into a product. On the other hand, with the method described in Patent Literature 2, it is difficult to achieve acceptable ovality in terms of the strength of the pipe expansion tool when applied to a UOE steel pipe having a large thickness and high strength. In addition, the manufacturing process of a UOE steel pipe includes a number of steps including at least a U-forming step and an O-forming step in addition to the pipe expansion step. However, the method described in Patent Literature 2 does not consider the effect of operating conditions of steps other than the pipe expansion step on the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step. This makes it difficult to reliably achieve a reduction in the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step.

Кроме того, в Патентной литературе 3 приводится описание случая, где овальность открытой трубы после этапа O-формования уменьшается за счет регулирования ширины инструмента для U-формования до заданного диапазона, и предлагается, чтобы овальность после этапа O-формования изменялась в зависимости от взаимосвязи между этапом U-формования и этапом O-формования. Однако, поскольку рабочие условия ряда этапов изготовления, включающих этап экспандирования трубы, оказывают влияние на овальность изделия в виде UOE-стальной трубы, существует возможность усовершенствования для достижения более приемлемой овальности стальной трубы. Кроме того, способ, описанный в Патентной литературе 3. не прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы.In addition, Patent Literature 3 describes a case where the ovality of an open pipe after the O-forming step is reduced by adjusting the width of the U-forming tool to a predetermined range, and proposes that the ovality after the O-forming step changes depending on the relationship between a U-forming step and an O-forming step. However, since the operating conditions of a number of manufacturing steps, including the pipe expansion step, affect the ovality of the UOE steel pipe product, there is room for improvement to achieve a more acceptable ovality of the steel pipe. In addition, the method described in Patent Literature 3 does not predict the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step.

Настоящее изобретение было разработано с учетом вышеуказанных проблем, и первая задача состоит в том, чтобы предложить способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, обеспечивающий создание модели прогнозирования овальности, которая точно прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в технологическом процессе изготовления UOE-стальной трубы, который включает в себя ряд этапов. Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ прогнозирования овальности стальной трубы и устройство для прогнозирования овальности стальной трубы, способные точно прогнозировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в технологическом процессе изготовления UOE-стальной трубы, который включает в себя ряд этапов. Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ регулирования овальности стальной трубы и способ изготовления стальной трубы, обеспечивающие изготовление UOE-стальной трубы, имеющей приемлемую овальность.The present invention has been developed in view of the above problems, and the first object is to provide a method for generating an ovality prediction model for a steel pipe, providing an ovality prediction model that accurately predicts the ovality of a steel pipe after the pipe expansion step in a UOE steel pipe manufacturing process. , which includes a number of stages. Another object of the present invention is to provide a steel pipe ovality prediction method and a steel pipe ovality prediction apparatus capable of accurately predicting the ovality of a steel pipe after a pipe expansion step in a UOE steel pipe manufacturing process that includes a number of steps. Another object of the present invention is to provide a method for adjusting the ovality of a steel pipe and a method for producing a steel pipe so as to produce a UOE steel pipe having an acceptable ovality.

Решение проблемыSolution

Для преодоления указанной проблемы и решения указанной задачи способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению является способом генерирования модели прогнозирования овальности, которая прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, входящего в технологический процесс изготовления стальной трубы, который включает в себя: этап U-формования, выполняемый посредством обработки формованием стального листа для получения формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, с помощью инструмента для U-формования; этап O-формования, выполняемый посредством обработки формованием формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, для получения открытой трубы; и этап экспандирования трубы, выполняемый посредством обработки формованием путем экспандирования стальной трубы, полученной посредством соединения друг с другом концов открытой трубы в направлении ширины. Способ включает в себя: этап сбора исходных данных посредством выполнения численного расчета, в котором входными данными является набор данных рабочих условий, который включает в себя один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа U-формования, и один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа O-формования, а выходными данными является информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем численный расчет выполняется неоднократно, с изменением при этом набора данных рабочий условий и генерированием, посредством выполнения численного расчета, множества пар данных набора из данных рабочих условий и данных информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, соответствующих набору данных рабочих условий, в качестве данных для обучения; и этап генерирования модели прогнозирования овальности посредством генерирования модели прогнозирования овальности, причем входными данными является набор данных рабочих условий, а выходными данными является информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем генерирование модели прогнозирования овальности выполняется с помощью машинного обучения, с использованием указанного множества пар данных для обучения, генерируемого на этапе сбора исходных данных.To overcome the above problem and solve the above problem, the steel pipe ovality prediction model generation method of the present invention is a method for generating an ovality prediction model that predicts the ovality of a steel pipe after a pipe expansion step included in a steel pipe manufacturing process, which includes: U step -forming, performed by forming processing of a steel sheet to obtain a molded blank having a U-shaped cross-section using a U-forming tool; an O-forming step performed by molding processing of a molded blank having a U-shaped cross-section to obtain an open pipe; and a pipe expansion step performed by forming processing by expanding a steel pipe obtained by connecting the ends of the open pipe to each other in the width direction. The method includes: the step of collecting input data by performing a numerical calculation, in which the input data is a data set of operating conditions, which includes one or more operating parameters selected from the operating parameters of the U-forming step, and one or more operating parameters, selected from the operating parameters of the O-forming step, and the output data is information about the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, and the numerical calculation is performed repeatedly, changing the data set of operating conditions and generating, by performing the numerical calculation, a plurality of data set pairs from operating condition data and ovality information data of the steel pipe after the pipe expansion step corresponding to the operating condition data set as training data; and a step of generating an ovality prediction model by generating an ovality prediction model, wherein the input data is a set of operating conditions data, and the output data is information about the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, wherein generating the ovality prediction model is performed by machine learning using the set pairs of training data generated during the initial data collection stage.

Кроме того, в способе генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению этап сбора исходных данных включает в себя этап расчета, с использованием метода конечных элементов, информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, исходя из набора данных рабочих условий.Moreover, in the method of generating a steel pipe ovality prediction model of the present invention, the input data collection step includes a step of calculating, using a finite element method, the ovality information of the steel pipe after the pipe expansion step based on a set of operating conditions data.

Кроме того, в способе генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению модель прогнозирования овальности включает в себя один или более параметров, выбранных из атрибутивной информации о стальном листе, в качестве набора данных рабочих условий.Moreover, in the method of generating an ovality prediction model for a steel pipe of the present invention, the ovality prediction model includes one or more parameters selected from attribute information of the steel sheet as a set of operating conditions data.

Кроме того, в способе генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению модель прогнозирования овальности включает в себя один или более параметров, выбранных из рабочих параметров этапа экспандирования трубы, в качестве набора данных рабочих условий.Moreover, in the method of generating an ovality prediction model for a steel pipe of the present invention, the ovality prediction model includes one or more parameters selected from the operating parameters of the pipe expansion step as a set of operating conditions data.

Кроме того, в способе генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению процесс изготовления стальной трубы включает в себя этап C-формования, выполняемый посредством обработки формованием концов стального листа в направлении ширины с помощью гибки концов перед этапом U-формования, и модель прогнозирования овальности включает в себя в качестве набора данных рабочего условия один или несколько рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа C-формования.Moreover, in the method of generating an ovality prediction model for a steel pipe of the present invention, the steel pipe manufacturing process includes a C-forming step performed by forming processing of the ends of the steel sheet in the width direction by bending the ends before the U-forming step, and an ovality prediction model includes as a set of operating condition data one or more operating parameters selected from the operating parameters of the C-forming step.

Кроме того, в способе генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению рабочие параметры этапа U-формования включают в себя один или более рабочих параметров из информации о форме инструмента для U-формования, величины вдавливания при U-формовании, исходного расстояния между опорами при U-формовании и окончательного расстояния между опорами при U-формовании.Moreover, in the method for generating an ovality prediction model for a steel pipe of the present invention, the operating parameters of the U-forming step include one or more of the operating parameters of the U-forming tool shape information, the U-forming indentation amount, the initial support distance when U-forming and the final distance between supports in U-forming.

Кроме того, в способе генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению машинное обучение, подлежащее использованию, является типом машинного обучения, выбранным из нейронной сети, дерева решений, случайного леса, регрессии на основе гауссовских процессов и регрессии опорных векторов.Moreover, in the method of generating a steel pipe ovality prediction model of the present invention, the machine learning to be used is a type of machine learning selected from neural network, decision tree, random forest, Gaussian process regression and support vector regression.

Кроме того, способ прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению включает в себя: этап сбора рабочих параметров посредством сбора в режиме реального времени набора данных рабочих условий, который должен быть задан как рабочие условия технологического процесса изготовления стальной трубы, в качестве входных данных модели прогнозирования овальности стальной трубы, генерируемой с помощью способа генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению; и этап прогнозирования овальности посредством прогнозирования информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы, посредством ввода в модель прогнозирования овальности, в качестве входных данных, набора данных рабочих условий, полученного на этапе сбора рабочих параметров.In addition, the method for predicting the ovality of a steel pipe of the present invention includes: a step of collecting operating parameters by collecting in real time a set of data of operating conditions, which should be set as the operating conditions of the steel pipe manufacturing process, as the input data of the ovality prediction model. a steel pipe generated by the steel pipe ovality prediction model generation method of the present invention; and an ovality prediction step by predicting the ovality information of the steel pipe after the steel pipe expansion step by inputting the operating condition data set obtained from the operating parameter acquisition step into the ovality prediction model as input data.

Кроме того, способ регулирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению включает в себя этап внесения изменений при прогнозировании информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, с использованием способа прогнозирования овальности стальной трубы по п. 8, причем прогнозирование выполняется перед началом этапа, намеченного для внесения изменений, который выбирается из ряда этапов обработки посредством формования, составляющих технологический процесс изготовления стальной трубы, и с изменением одного или более рабочих параметров, выбранных по меньшей мере из рабочих параметров этапа, намеченного для внесения изменений, или одного или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа обработки посредством формования, выполняемого после этапа, намеченного для внесения изменений, на основании прогнозируемой информации об овальности стальной трубы.Moreover, the method for controlling the ovality of a steel pipe of the present invention includes a step of making changes in predicting the ovality information of a steel pipe after the pipe expansion step using the steel pipe ovality predicting method of claim 8, wherein the prediction is performed before starting the step scheduled for change, which is selected from a number of molding processing steps constituting a steel pipe manufacturing process, and with a change in one or more operating parameters selected from at least one of the operating parameters of the step intended to make the change, or one or more operating parameters selected from the operating parameters of the forming processing step performed after the change step, based on the predicted information about the ovality of the steel pipe.

Кроме того, способ изготовления стальной трубы по настоящему изобретению включает в себя этап изготовления стальной трубы, с использованием способа регулирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению.Moreover, the method for manufacturing a steel pipe of the present invention includes a step of manufacturing a steel pipe using the ovality control method of a steel pipe of the present invention.

Кроме того, устройство для прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению является устройством, которое прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, входящего в технологический процесс изготовления стальной трубы, который включает в себя: этап U-формования для обработки стального листа с целью получения формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, с помощью инструмента для U-формования; этап O-формования для обработки формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, с целью получения открытой трубы; и этап экспандирования трубы, выполняемый посредством обработки формованием путем экспандирования стальной трубы, полученной посредством соединения друг с другом концов открытой трубы в направлении ширины. Устройство для прогнозирования овальности стальной трубы содержит: блок сбора исходных данных, который выполняет численный расчет, в котором входными данными является набор данных рабочих условий, который включает в себя один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа U-формования, и один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа O-формования, и выходными данными является информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем численный расчет выполняется множество раз, с изменением при этом набора данных рабочих условий и генерированием, путем выполнения численного расчета, множества пар данных из набора данных рабочих условий и данных информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, соответствующих набору данных рабочих условий, в качестве данных для обучения; блок генерирования модели прогнозирования овальности, который генерирует модель прогнозирования овальности, причем входными данными является набор данных рабочих условий, а выходными данными является информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем генерирование модели прогнозирования овальности выполняется с помощью машинного обучения, с использованием множества пар данных для обучения, генерируемых блоком сбора исходных данных; блок сбора рабочих параметров, который собирает в режиме реального времени набор данных рабочих условий, которые должны быть заданы в качестве рабочих условий технологического процесса изготовления стальной трубы; и блок прогнозирования овальности, который прогнозирует в режиме реального времени информацию об овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы, соответствующую набору данных рабочих условий, собираемому блоком сбора рабочих параметров, с использованием модели прогнозирования овальности, генерируемой блоком генерирования модели прогнозирования овальности.Moreover, the steel pipe ovality predicting device of the present invention is a device that predicts the ovality of a steel pipe after a pipe expansion step included in a steel pipe manufacturing process, which includes: a U-forming step for processing a steel sheet to obtain a formed a workpiece having a U-shaped cross-section using a U-forming tool; an O-forming step for processing a molded blank having a U-shaped cross-section to form an open pipe; and a pipe expansion step performed by forming processing by expanding a steel pipe obtained by connecting the ends of the open pipe to each other in the width direction. An apparatus for predicting the ovality of a steel pipe contains: an input data acquisition unit that performs a numerical calculation, in which the input data is a set of operating conditions data, which includes one or more operating parameters selected from the operating parameters of the U-forming step, and one or more operating parameters selected from the operating parameters of the O-forming step, and the output is information about the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, and the numerical calculation is performed many times, thereby changing the data set of operating conditions and generating, by performing the numerical calculation, a plurality of data pairs from the operating condition data set and the ovality information data of the steel pipe after the pipe expansion step corresponding to the operating condition data set as training data; an ovality prediction model generating unit that generates an ovality prediction model, wherein the input data is a set of operating conditions data, and the output data is information about the ovality of a steel pipe after the pipe expansion step, wherein the generation of the ovality prediction model is performed by machine learning using a plurality of pairs training data generated by the source data collection unit; an operating parameter collection unit that collects in real time a set of data of operating conditions to be set as operating conditions of the steel pipe manufacturing process; and an ovality prediction unit that predicts real-time ovality information of the steel pipe after the steel pipe expansion step corresponding to the operating condition data set collected by the operating parameter acquisition unit using the ovality prediction model generated by the ovality prediction model generation unit.

Кроме того, устройство для прогнозирования овальности стальной трубы по настоящему изобретению также содержит терминальное устройство, содержащее входной блок, который собирает входную информацию на основании работы пользователя, и блок индикации, который отображает информацию об овальности, причем блок сбора рабочих параметров обновляет часть или весь набор данных рабочих условий в технологическом процессе изготовления стальной трубы на основании входной информации, собираемой входным блоком, и блок индикации отображает информацию об овальности стальной трубы, которая прогнозируется блоком прогнозирования овальности, с использованием обновленного набора данных рабочих условий.In addition, the steel pipe ovality prediction device of the present invention also includes a terminal device including an input unit that collects input information based on the user's operation, and an display unit that displays the ovality information, wherein the operating parameter collection unit updates part or all of the set data of operating conditions in the steel pipe manufacturing process based on the input information collected by the input unit, and the display unit displays information about the ovality of the steel pipe, which is predicted by the ovality prediction unit, using the updated operating condition data set.

Положительные эффекты изобретенияPositive effects of the invention

Согласно способу генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы настоящего изобретения существует возможность генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, которая точно прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в технологическом процессе изготовления UOE-стальной трубы, который включает в себя ряд этапов. Кроме того, при выполнении способа прогнозирования овальности стальной трубы и использовании устройства для прогнозирования овальности стальной трубы согласно настоящему изобретению можно точно прогнозировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в технологическом процессе изготовления UOE-стальной трубы, который включает в себя ряд этапов. Кроме того, согласно способу регулирования овальности стальной трубы и способу изготовления стальной трубы по настоящему изобретению существует возможность изготовления UOE-стальной трубы, имеющей приемлемую овальность.According to the steel pipe ovality prediction model generation method of the present invention, it is possible to generate a steel pipe ovality prediction model that accurately predicts the ovality of a steel pipe after a pipe expansion step in a UOE steel pipe manufacturing process that includes a number of steps. In addition, by performing the steel pipe ovality prediction method and using the steel pipe ovality predicting device according to the present invention, it is possible to accurately predict the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step in the UOE steel pipe manufacturing process, which includes a number of steps. Moreover, according to the method for controlling the ovality of a steel pipe and the method for producing a steel pipe of the present invention, it is possible to produce a UOE steel pipe having an acceptable ovality.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг. 1 – схема технологического процесса изготовления стальной трубы согласно варианту выполнения настоящего изобретения;Fig. 1 is a diagram of the technological process for manufacturing a steel pipe according to an embodiment of the present invention;

фиг. 2 – перспективный вид общей конструкции устройства для придания заготовке C-образной формы;fig. 2 – perspective view of the general design of the device for giving the workpiece a C-shape;

фиг. 3 – схематическая компоновка механизма формования из фиг. 2;fig. 3 – schematic layout of the molding mechanism from Fig. 2;

фиг. 4 – общая компоновка устройства для придания заготовке U-образной формы;fig. 4 – general layout of the device for giving the workpiece a U-shape;

фиг. 5 – схематическое изображение работы устройства для придания заготовке U-образной формы;fig. 5 – schematic representation of the operation of the device for giving the workpiece a U-shape;

фиг. 6 – схематическое изображение модификации устройства для придания заготовке U-образной формы;fig. 6 – schematic representation of a modification of the device to give the workpiece a U-shape;

фиг. 7 – схематическое изображение этапа O-формования;fig. 7 – schematic representation of the O-forming stage;

фиг. 8 – схематическое изображение примера компоновки устройства для экспандирования трубы;fig. 8 – schematic representation of an example of the layout of a device for pipe expansion;

фиг. 9 – способ измерения формы наружного диаметра стальной трубы;fig. 9 – method of measuring the shape of the outer diameter of a steel pipe;

фиг. 10 – схема конфигурации устройства для генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы согласно варианту выполнения настоящего изобретения;fig. 10 is a configuration diagram of an apparatus for generating a steel pipe ovality prediction model according to an embodiment of the present invention;

фиг. 11 – схема конфигурации блока расчета овальности в автономном режиме из фиг. 10;fig. 11 – diagram of the configuration of the off-line ovality calculation block from FIG. 10;

фиг. 12 – график примера взаимосвязи толщины трубы и способности к экспандированию трубы для каждой величины предела текучести стальной трубы;fig. 12 – graph of an example of the relationship between pipe thickness and pipe expansion ability for each value of the yield strength of a steel pipe;

фиг. 13 – график примера взаимосвязи толщины трубы и способности к экспандированию трубы для каждой величины наружного диаметра стальной трубы;fig. 13 – graph of an example of the relationship between pipe thickness and pipe expansion ability for each value of the outer diameter of a steel pipe;

фиг. 14 – пример измерения формы сечения стальной трубы перед этапом экспандирования трубы;fig. 14 – example of measuring the cross-sectional shape of a steel pipe before the pipe expansion stage;

фиг. 15 – пример взаимосвязи коэффициента экспандирования трубы и пиковой величины в трех выступах из фиг. 14;fig. 15 is an example of the relationship between the pipe expansion coefficient and the peak value in the three protrusions from FIG. 14;

фиг. 16 – определение пиковой величины;fig. 16 – determination of peak value;

фиг 17 – форма инструмента для U-формования;Fig 17 – tool shape for U-forming;

фиг. 18 – схема способа регулирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения;fig. 18 is a diagram of a method for regulating the ovality of a steel pipe according to an embodiment of the present invention;

фиг. 19 – схема конфигурации устройства для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения;fig. 19 is a configuration diagram of a device for predicting the ovality of a steel pipe according to an embodiment of the present invention;

фиг. 20 – пример конечно-элементной модели на этапе O-формования.fig. 20 is an example of a finite element model at the O-forming stage.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Ниже со ссылкой на чертежи приведено описание способа генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, способа прогнозирования овальности стальной трубы, способа регулирования овальности стальной трубы, способа изготовления стальной трубы и устройства для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.Below, with reference to the drawings, a description will be given of a method for generating a steel pipe ovality prediction model, a steel pipe ovality prediction method, a steel pipe ovality control method, a steel pipe manufacturing method, and a steel pipe ovality predicting apparatus according to an embodiment of the present invention.

Технологический процесс изготовления стальной трубыTechnological process of steel pipe manufacturing

Сначала со ссылкой на фиг. 1 будет описан технологический процесс изготовления стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.First with reference to FIG. 1, a manufacturing process of a steel pipe according to an embodiment of the present invention will be described.

На фиг. 1 показана схема технологического процесса изготовления стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения. В технологическом процессе изготовления стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения в качестве материала используется толстый стальной лист, изготавливаемый на этапе прокатки толстого листа, который является этапом предварительной обработки перед технологическим процессом изготовления стальной трубы. В данном случае толстый стальной лист имеет предел текучести 245 – 1050 МПа, предел прочности при растяжении 415 – 1145 МПа, толщину 6,4 – 50,8 мм, ширину 1200 – 4500 мм и длину 10 – 18 м.In fig. 1 is a flow diagram of a steel pipe manufacturing process according to an embodiment of the present invention. In the steel pipe manufacturing process of the embodiment of the present invention, a thick steel sheet is used as the material, which is produced in the thick sheet rolling step, which is a pre-processing step before the steel pipe manufacturing process. In this case, a thick steel sheet has a yield strength of 245 - 1050 MPa, a tensile strength of 415 - 1145 MPa, a thickness of 6.4 - 50.8 mm, a width of 1200 - 4500 mm and a length of 10 - 18 m.

Как показано на фиг. 1(a), стальной лист, используемый в качестве материала, сначала подвергается механической обработке на этапе предварительной обработки. В частности, для регулирования ширины стального листа в заданном диапазоне конец стального листа в направлении ширины подвергается отрезке или строганию с помощью устройства для обработки листа в направлении ширины. Это обеспечивает получение наружного диаметра стальной трубы после формования для изготовления UOE-стальной трубы, соответствующего требуемому диапазону изделия. Кроме того, конец стального листа в направлении ширины предварительно подвергается резке или расплавлению с помощью устройства для механической обработки кромки под сварку с целью получения скошенной формы, именуемой кромкой под сварку. Эта операция обеспечивает прочность свариваемого участка, способствуя течению расплавленного металла в направлении толщины трубы в свариваемом участке на последующем этапе сварки.As shown in FIG. 1(a), the steel sheet used as the material is first machined in the pre-processing step. Specifically, to regulate the width of the steel sheet within a predetermined range, the end of the steel sheet in the width direction is cut off or planed by a sheet processing device in the width direction. This ensures that the outer diameter of the steel pipe after forming to produce a UOE steel pipe is suitable for the required product range. In addition, the end of the steel sheet in the width direction is first cut or melted by a welding edge machining device to obtain a beveled shape called a welding edge. This operation provides strength to the welded area by promoting the flow of molten metal towards the thickness of the pipe in the welded area during the subsequent welding step.

Далее, как показано на фиг. 1(b), в качестве этапа C-формования может выполняться обработка стального листа посредством гибки концов (также именуемая обработкой посредством подгибки) с помощью устройства для придания заготовке C-образной формы. Благодаря заблаговременному прикладыванию деформации гибки к концу стального листа в направлении ширины с помощью матрицы можно уменьшить овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Следующим этапом является этап U-формования, как показано на фиг. 1(c), на котором выполняется обработка стального листа посредством его формования для получения формованной заготовки U-образной формы (формованной заготовки, имеющей U-образное сечение), используя устройство для придания заготовке U-образной формы. Далее, как показано на фиг. 1(d), U-образная формованная заготовка подвергается формованию для получения открытой трубы, имеющей, по существу, трубчатое сечение с уменьшенным зазором под сварку, на этапе O-формования, используя устройство для придания заготовке O-образной формы.Next, as shown in FIG. 1(b), as a C-forming step, end bending processing (also referred to as hemming processing) of the steel sheet can be performed using a C-shape forming apparatus for the workpiece. By applying a bending strain to the end of the steel sheet in the width direction in advance using a die, the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step can be reduced. The next step is the U-forming step, as shown in FIG. 1(c), in which a steel sheet is processed by molding it to obtain a U-shaped molded workpiece (a molded workpiece having a U-shaped cross-section) using a U-shaped workpiece forming apparatus. Next, as shown in FIG. 1(d), a U-shaped preform is formed to form an open pipe having a substantially tubular cross-section with a reduced weld gap in an O-forming step using an O-shape shaping apparatus.

Следующий этап сварки, показанный на фиг. 1(e), является этапом удерживания участка зазора под сварку, образованного на конце открытой трубы, так чтобы концы в направлении ширины находились в контакте друг с другом, и соединения концов в направлении ширины друг с другом с помощью сварочного устройства. На этом этапе открытой трубе придается форма стальной трубы, имеющей концы в направлении ширины, соединенные друг с другом. Следующий этап экспандирования трубы, показанный на фиг. 1(f), является этапом, на котором используется устройство для экспандирования трубы, которое содержит множество инструментов для экспандирования трубы, каждый из которых имеет криволинейную поверхность, полученную посредством деления дуги на множество участков для экспандирования стальной трубы посредством приведения криволинейной поверхности инструмента для экспандирования трубы в контакт с внутренней поверхностью стальной трубы. На этапе проверки изготовленной таким образом стальной трубы, показанном на фиг. 1(g), проверяют, соответствует ли ее качество, а именно, свойства материала, внешний вид и размеры, установленным техническим условиям, после чего стальная труба отгружается в виде UOE-стальной трубы (готового изделия). В настоящем варианте выполнения этап проверки включает в себя этап измерения овальности стальной трубы с помощью устройства для измерения овальности.The next welding step, shown in FIG. 1(e) is the step of holding a weld gap portion formed at an end of an open pipe so that the ends in the width direction are in contact with each other, and connecting the ends in the width direction to each other using a welding device. In this step, the open pipe is shaped into a steel pipe having ends in the width direction connected to each other. The next stage of pipe expansion, shown in FIG. 1(f) is a step in which a pipe expansion device is used, which contains a plurality of pipe expansion tools, each of which has a curved surface obtained by dividing an arc into a plurality of sections for expanding a steel pipe by bringing the curved surface of the pipe expansion tool into contact with the inner surface of the steel pipe. In the inspection step of the steel pipe thus produced, shown in FIG. 1(g), check whether its quality, namely, material properties, appearance and dimensions, meets the established specifications, after which the steel pipe is shipped as UOE steel pipe (finished product). In the present embodiment, the inspection step includes a step of measuring the ovality of the steel pipe using an ovality measuring device.

В настоящем варианте выполнения этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования и этап экспандирования трубы из группы этапов изготовления, включающих в себя формование стального листа для получения открытой трубы и этап экспандирования трубы, выполняемый после сварки, именуются «этапом обработки формованием». Эти этапы являются общими этапами регулирования размеров и формы стальной трубы посредством пластической деформации стального листа. Ниже со ссылкой на фиг. 2 – 9 приведено подробное описание отдельных этапов, включенных в процесс изготовления стальной трубы.In the present embodiment, the C-forming step, the U-forming step, the O-forming step, and the pipe expansion step from the group of manufacturing steps including forming the steel sheet to form an open pipe and the pipe expansion step performed after welding are referred to as the “processing step.” molding." These steps are general steps for adjusting the size and shape of a steel pipe by plastically deforming the steel sheet. Below with reference to FIG. 2 – 9 provide a detailed description of the individual steps involved in the steel pipe manufacturing process.

Этап C-формованияC-molding stage

Сначала со ссылкой на фиг. 2 и 3 будет приведено описание случая, где в качестве этапа C-формования выполняется обработка стального листа посредством гибки концов с помощью устройства для придания заготовке C-образной формы.First with reference to FIG. 2 and 3, a description will be given of a case where, as a C-forming step, processing of a steel sheet is performed by bending the ends with a device to form the workpiece into a C-shape.

На фиг. 2 показан перспективный вид общей компоновки устройства для придания заготовке C-образной формы. Как показано на фиг. 2, устройство 10 для придания заготовке C-образной формы содержит: транспортирующий механизм 11, который транспортирует стальной лист S в продольном направлении, т.е. в направлении транспортирования; формующий механизм 12A, который выполняет гибку одного конца Sc листа в направлении ширины до получения заданной кривизны на стороне выхода стального листа S в качестве передней стороны в направлении транспортирования; формующий механизм 12B, который выполняет гибку другого конца Sd листа в направлении ширины до получения заданной кривизны; и механизм регулирования расстояния, который регулирует расстояние между формующими механизмами 12A и 12B слева и справа по ширине стального листа S, который подвергается обработке посредством гибки концов. Транспортирующий механизм 11 содержит множество приводимых во вращение транспортирующих роликов 11a, расположенных впереди и сзади формующих механизмов 12A и 12B. Следует отметить, что номер поз. Sa на чертеже обозначает начальный конец (передний конец в продольном направлении) стального листа S.In fig. 2 shows a perspective view of the overall layout of the device for giving the workpiece a C-shape. As shown in FIG. 2, the device 10 for giving the workpiece a C-shape includes: a transport mechanism 11, which transports the steel sheet S in the longitudinal direction, i.e. in the direction of transportation; a forming mechanism 12A that bends one end Sc of the sheet in the width direction to obtain a predetermined curvature on the output side of the steel sheet S as the front side in the conveying direction; a forming mechanism 12B that bends the other end Sd of the sheet in the width direction to obtain a predetermined curvature; and a distance adjusting mechanism that adjusts the distance between the forming mechanisms 12A and 12B on the left and right along the width of the steel sheet S that is subjected to end bending processing. The conveying mechanism 11 includes a plurality of rotatable conveying rollers 11a located in front and behind the forming mechanisms 12A and 12B. It should be noted that the item number. Sa in the drawing denotes the starting end (front end in the longitudinal direction) of the steel sheet S.

На фиг. 3(a) показан вид в разрезе формующего механизма 12A в направлении ширины, который выполняет обработку посредством гибки на одном конце Sc в направлении ширины стального листа S, если смотреть в направлении от стороны входа к стороне выхода в направлении транспортирования стального листа S. Формующий механизм 12A и формующий механизм 12B двустороннесимметричны и имеют идентичную компоновку. Формующие механизмы 12A/12B содержат верхнюю полуматрицу 13 и нижнюю полуматрицу 14 в качестве пары полуматриц, обращенных друг к другу в вертикальном направлении, и гидравлический цилиндр 16 в качестве средства перемещения полуматрицы, которое выдвигает вверх нижнюю полуматрицу 14 вместе с держателем 15 инструмента (движется в направлении приближения к верхней полуматрице 13) и зажимает полуматрицы с заданным усилием сжатия. Формующие механизмы 12A и 12B могут содержать зажимной механизм 17, который захватывает стальной лист S c внутренней стороны от верхней полуматрицы 13 и нижней полуматрицы 14 в направлении ширины. Длина стального листа S в продольном направлении верхней полуматрицы 13 и нижней полуматрицы 14 меньше длины стального листа S. В этом случае обработка посредством гибки концов выполняется множество раз при периодической подаче стального листа S в продольном направлении транспортирующим механизмом 11 (см. фиг. 2).In fig. 3(a) is a cross-sectional view of the forming mechanism 12A in the width direction, which performs bending processing at one end Sc in the width direction of the steel sheet S, viewed from the direction from the entry side to the exit side in the conveying direction of the steel sheet S. Forming mechanism 12A and the forming mechanism 12B are bilaterally symmetrical and have an identical layout. The forming mechanisms 12A/12B include an upper half-die 13 and a lower half-die 14 as a pair of half-dies facing each other in a vertical direction, and a hydraulic cylinder 16 as a half-die moving means that pushes up the lower half-die 14 together with the tool holder 15 (moves in in the direction of approaching the upper half-matrix 13) and clamps the half-matrix with a given compression force. The forming mechanisms 12A and 12B may include a clamping mechanism 17 that grips the steel sheet S from the inside of the upper half-die 13 and the lower half-die 14 in the width direction. The length of the steel sheet S in the longitudinal direction of the upper half-matrix 13 and the lower half-matrix 14 is less than the length of the steel sheet S. In this case, end bending processing is performed many times while periodically feeding the steel sheet S in the longitudinal direction by the conveying mechanism 11 (see FIG. 2).

На этапе C-формования нижняя полуматрица 14, соприкасающаяся с поверхностью стального листа на наружной стороне в направлении гибки концов Sc и Sd в направлении ширины стального листа S, который подвергается обработке посредством гибки концов, имеет формующую поверхность 14a, обращенную к верхней полуматрице 13. Верхняя полуматрица 13 имеет формующую поверхность 13a выпуклой криволинейной формы, обращенную к формующей поверхности 14a, и радиус кривизны, соответствующий внутреннему диаметру стальной трубы, подлежащей изготовлению. Формующая поверхность 14a имеет вогнутую криволинейную поверхность, приближающуюся к верхней полуматрице 13 с наружной стороны в направлении ширины. Однако, несмотря на то, что формующая поверхность 14a нижней полуматрицы 14 имеет форму вогнутой криволинейной поверхности, формующая поверхность может быть любой поверхностью, которая приближается к верхней полуматрице 13, когда она продолжается наружу в направлении ширины, и может быть наклонной плоскостью. Форма криволинейной поверхности верхней полуматрицы 13 и нижней полуматрицы 14 рассчитывается надлежащим образом в соответствии с толщиной стального листа S, наружным диаметром стальной трубы и т.п. и может выбираться и использоваться в соответствии с заданным материалом.In the C-forming step, the lower half-die 14 contacting the surface of the steel sheet on the outer side in the end-bending direction Sc and Sd in the width direction of the steel sheet S that is subjected to end-bending processing has a forming surface 14a facing the upper half-die 13. the half-die 13 has a forming surface 13a of a convex curved shape facing the forming surface 14a, and a radius of curvature corresponding to the inner diameter of the steel pipe to be manufactured. The forming surface 14a has a concave curved surface approaching the upper half-die 13 from the outside in the width direction. However, although the forming surface 14a of the lower half-die 14 is in the shape of a concave curved surface, the forming surface may be any surface that approaches the upper half-die 13 as it extends outward in the width direction, and may be an inclined plane. The shape of the curved surface of the upper half-matrix 13 and the lower half-matrix 14 is properly calculated in accordance with the thickness of the steel sheet S, the outer diameter of the steel pipe and the like. and can be selected and used according to the given material.

На фиг. 3(b) показан вид в разрезе формующего механизма 12A в направлении ширины в таком же положении, как и на фиг. 3(a), отображающий состояние, в котором нижняя полуматрица 14 выдвигается вверх гидравлическим цилиндром 16 и зажимается. Нижняя полуматрица 14 выдвигается вверх гидравлическим цилиндром 16, и конец Sc стального листа S в направлении ширины подвергается обработке посредством гибки и формуется в соответствии с формой по направлению дугообразной формующей поверхности 13a верхней полуматрицы 13. Ширина, на которой выполняется гибка конца (ширина обработки посредством гибки конца), варьируется в зависимости от ширины стального листа S и, в общем, составляет приблизительно 100 – 400 мм.In fig. 3(b) is a sectional view of the forming mechanism 12A in the width direction in the same position as in FIG. 3(a) showing a state in which the lower die 14 is pushed upward by the hydraulic cylinder 16 and clamped. The lower half die 14 is pushed upward by the hydraulic cylinder 16, and the end Sc of the steel sheet S in the width direction is subjected to bending processing and formed according to the shape in the direction of the arcuate forming surface 13a of the upper half die 13. The width at which end bending is performed (bending processing width end), varies depending on the width of the steel sheet S and, in general, is approximately 100 – 400 mm.

Этап U-формованияU-forming stage

Далее со ссылкой на фиг. 4 – 6 будет приведено описание этапа U-формования.Next, with reference to FIG. 4 - 6 will describe the U-forming step.

На фиг. 4 показана общая компоновка устройства для придания заготовке U-образной формы для выполнения этапа U-формования. Для придания заготовке U-образной формы существуют различные устройства, типичный пример которых показан на упомянутой фигуре. В устройстве для придания заготовке U-образной формы, показанном на фиг. 4, подъемный цилиндр 21 крепится к верхнему участку рамы 20 машины с помощью верхнего штока, обращенного вниз, и верхний конец подвесного элемента 23, который поддерживает инструмент 22 (U-пуансон) для U-формования. крепится к верхнему штоку подъемного цилиндра 21. Кроме того, на центральном участке нижней поверхности 24 пола рамы 20 машины установлен цилиндр 26 скольжения, так что шток 25 обращен внутрь рамы 20 машины, и на стороне цилиндра 26 скольжения установлен блок 27 скольжения в виде пары блоков, левого и правого. К головке штока 25 цилиндра 26 скольжения прикреплена опора (основание) 28. Шток 25 и блок 27 скольжения соединены с помощью связующего звена 29. Связующее звено 29 содержит ось 30 вращения, прикрепленную к блоку 27 скольжения, и к дальнему концу плеча 31, продолжающегося от оси 30 вращения, прикреплен ограничительный валок (участок опоры для U-образной гибки) 32, который толкает и изгибает стальной лист S. Стальной лист S, используемый в качестве материала на этапе U-формования, является стальным листом, который был подвергнут обработке посредством гибки концов на этапе C-формования. Как вариант, также допускается использование стального листа, который не был подвергнут обработке посредством гибки концов на этапе C-формования. Стальной лист S устанавливают на левом и правом ограничительных валках 32, так что левое/правое направление устройства для придания заготовке U-образной формы, показанного на фиг. 4, соответствует направлению ширины стального листа S. В показанном случае стальной лист S расположен, по существу, симметрично относительно центральной точки между левым и правым ограничительными валками 32. После этого, как инструмент 22 для U-формования опускается с помощью подъемного цилиндра 21, к стальному листу между инструментом 22 для U-формования и левым и правым ограничительными валками 32 прикладывается деформация посредством трехточечной гибки, что ведет к прикладыванию деформации изгиба направленной вниз выпуклой формы к стальному листу S.In fig. 4 shows the general arrangement of the apparatus for shaping a workpiece into a U-shape for performing the U-forming step. Various devices are available for giving the workpiece a U-shape, a typical example of which is shown in the above figure. In the device for giving a U-shape to a workpiece shown in FIG. 4, the lifting cylinder 21 is attached to an upper portion of the machine frame 20 by a downward-facing upper rod and an upper end of a hanger 23 that supports a U-forming tool 22. is attached to the upper rod of the lifting cylinder 21. In addition, a sliding cylinder 26 is installed on the central portion of the lower surface 24 of the floor of the machine frame 20, so that the rod 25 faces the inside of the machine frame 20, and a sliding block 27 in the form of a pair of blocks is installed on the side of the sliding cylinder 26 , left and right. A support (base) 28 is attached to the head of the rod 25 of the sliding cylinder 26. The rod 25 and the sliding block 27 are connected by means of a link 29. The connecting link 29 includes a rotation axis 30 attached to the sliding block 27 and to the distal end of the arm 31 extending from rotation axis 30, a limit roll (U-bending support portion) 32 is attached, which pushes and bends the steel sheet S. The steel sheet S used as a material in the U-forming step is a steel sheet that has been processed by bending. ends at the C-forming stage. Alternatively, it is also possible to use steel sheet that has not been subjected to end-bending processing in the C-forming step. The steel sheet S is mounted on the left and right limit rolls 32, so that the left/right direction of the U-shaped workpiece shaping device shown in FIG. 4 corresponds to the width direction of the steel sheet S. In the illustrated case, the steel sheet S is positioned substantially symmetrically with respect to the center point between the left and right limit rolls 32. Thereafter, as the U-forming tool 22 is lowered by the lifting cylinder 21 to deformation is applied to the steel sheet between the U-forming tool 22 and the left and right limit rolls 32 by three-point bending, resulting in a downward convex shape bending deformation being applied to the steel sheet S.

На фиг. 5 показано состояние, в котором инструмент 22 для U-формования опускается в заданное самое нижнее положение с помощью подъемного цилиндра 21. Когда инструмент 22 для U-формования опускается с помощью подъемного цилиндра 21, стальной лист S приходит в контакт с основанием, что обусловливает опускание штока 25 с помощью основания 28. В это время связующее звено 29 закрывается, блок 27 скольжения движется к стороне центра рамы 20 машины, что одновременно ведет к подниманию плеча 31, обусловливая перемещение левого и правого ограничительных валков 32 в направлении уменьшения расстояния между отдельными валками. С помощью указанной операции ограничительный валок 32 приближается со стороны боковой поверхности стального листа S, формуемого для придания ему U-образной формы, и стальной лист обрабатывается для получения U-образной формованной заготовки.In fig. 5 shows a state in which the U-forming tool 22 is lowered to a predetermined lowest position by the lifting cylinder 21. When the U-forming tool 22 is lowered by the lifting cylinder 21, the steel sheet S comes into contact with the base, causing the lowering rod 25 using the base 28. At this time, the link 29 closes, the sliding block 27 moves towards the center side of the machine frame 20, which simultaneously causes the arm 31 to rise, causing the left and right limit rolls 32 to move in the direction of decreasing the distance between the individual rolls. By this operation, the limit roller 32 is approached from the side surface of the steel sheet S being formed into a U-shape, and the steel sheet is processed to form a U-shaped workpiece.

При выполнении этапа U-формования для получения заданной формы U-образной формованной заготовки форма, соответствующая форме дальнего конца инструмента 22 для U-формования (форме в диапазоне контакта со стальным листом S),выбирается в зависимости от толщины и типа стали стального листа S и заданного наружного диаметра стальной трубы. Кроме того, чем больше величина вдавливания при U-формовании с помощью инструмента 22 для U-формования (величина перемещения из положения контакта с верхней поверхностью стального листа S инструмента 22 для U-формования до самого нижнего положения), тем больше угол «обертывания» стального листа S относительно инструмента 22 для U-формования, что обеспечивает получение формы участка U-образной формованной заготовки, контактирующего с инструментом 22 для U-формования, ближе к форме дальнего конца инструмента 22 для U-формования. С другой стороны, расстояние (исходное расстояние между опорами при U-формовании) между левым и правым ограничительными валками 32 может быть задано посредством изменения положения блока 27 скольжения перед началом этапа U-формования. Это изменяет расстояние между точками вращения при выполнении обработки стального листа S с помощью трехточечной гибки, что ведет к изменению кривизны изгиба стального листа S. Кроме того, регулирование высоты основания 28 или длины штока 25 изменяет положение высоты, на которой стальной лист S приходит в контакт с основанием 28 во время обработки с помощью инструмента 22 для U-формования. Это изменяет положение открывания/закрывания связующего звена 29, что ведет к изменению положения ограничивающего валка 32 при формовании и расстояния (исходное расстояние между опорами при U-формовании) между левым и правым ограничительными валками 32 в состоянии, когда инструмент 22 для U-формования достигает самого нижнего положения. Это изменяет величину просвета в U-образной формованной заготовке. Таким образом, при выполнении этапа U-формования указанные рабочие параметры задаются надлежащим образом в зависимости от толщины стального листа S, типа стали и заданного наружного диаметра стальной трубы.When performing the U-forming step to obtain a predetermined shape of a U-shaped workpiece, a shape corresponding to the shape of the distal end of the U-forming tool 22 (the shape in the range of contact with the steel sheet S) is selected depending on the thickness and steel type of the steel sheet S and specified outer diameter of the steel pipe. In addition, the larger the amount of indentation when U-forming by the U-forming tool 22 (the amount of movement from the position of contact with the upper surface of the steel sheet S of the U-forming tool 22 to the lowest position), the larger the “wrapping” angle of the steel sheet S relative to the U-forming tool 22, which causes the shape of the portion of the U-shaped blank contacting the U-forming tool 22 to be closer to the shape of the distal end of the U-forming tool 22. On the other hand, the distance (initial U-forming support distance) between the left and right limit rolls 32 can be set by changing the position of the slide block 27 before starting the U-forming step. This changes the distance between the rotation points when processing the steel sheet S by three-point bending, which leads to a change in the bending curvature of the steel sheet S. In addition, adjusting the height of the base 28 or the length of the rod 25 changes the position of the height at which the steel sheet S comes into contact with the base 28 during processing with the U-forming tool 22. This changes the opening/closing position of the tie link 29, which leads to a change in the position of the forming limit roll 32 and the distance (the original U-forming support distance) between the left and right limit rolls 32 in the state when the U-forming tool 22 reaches lowest position. This changes the amount of clearance in the U-shaped preform. Thus, when performing the U-forming step, the specified operating parameters are properly set depending on the thickness of the steel sheet S, the type of steel and the specified outer diameter of the steel pipe.

В устройстве для придания заготовке U-образной формы, показанном на фиг. 4 и 5, используется система, в которой ограничивающие валки 32 движутся в направлении уменьшения расстояния между ними с помощью связующего звена 29, и устройство именуется устройством Kaiser для придания заготовке U-образной формы. С другой стороны, некоторые устройства для придания заготовке U-образной формы именуются устройствами Verson для придания заготовке U-образной формы, как показано на фиг. 6. В этом устройстве используется компоновка, в которой участок 33 основания и участок 34 опоры при U-формовании выполняют функции основания 28 и ограничивающего валка 32, соответственно, из устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, показанного на фиг. 4 и 5, причем участок 33 основания и участок 34 опоры при U-формовании расположены на нижней матрице (локер-матрице) 35, которая является единым элементом. В устройстве Verson для придания заготовке U-образной формы левая и правая локер-матрицы 35 вращаются вокруг оси 36 вращения. Когда инструмент 37 для U-формования толкает стальной лист S, участок 33 основания подвергается нажатию, тем самым поворачивая левую и правую локер-матрицы 35, в результате чего левый и правый участки 34 опор при U-формовании перемещаются с уменьшением расстояния. С помощью этой операции стальной лист S подвергается формованию с получением U-образного сечения. Элемент, обозначенный на фиг. 36 номером поз. 38, является элементом, именуемым подушкой, и используется для замедления резкого опускания стального листа S во время формования или используется для поднимания U-образной формованной заготовки после формования.In the device for giving a U-shape to a workpiece shown in FIG. 4 and 5, a system is used in which the limiting rolls 32 are moved in the direction of reducing the distance between them by a link 29, and the device is referred to as a Kaiser device for giving a U-shape to the workpiece. On the other hand, some U-shaping devices are called Verson U-shaping devices, as shown in FIG. 6. This apparatus utilizes an arrangement in which the base portion 33 and the U-forming support portion 34 perform the functions of the base 28 and limit roll 32, respectively, of the Kaiser U-shape machine shown in FIG. 4 and 5, the base portion 33 and the U-forming support portion 34 being located on the lower die (locker die) 35, which is a single element. In the Verson device, to give the workpiece a U-shape, the left and right locker dies 35 rotate around a rotation axis 36. When the U-forming tool 37 pushes the steel sheet S, the base portion 33 is pressed, thereby rotating the left and right locker dies 35, causing the left and right U-forming support portions 34 to move with decreasing distance. By this operation, the steel sheet S is formed into a U-shaped section. The element indicated in FIG. 36 item number 38 is a member called a cushion and is used to slow down the sudden descent of the steel sheet S during forming or is used to raise the U-shaped molded workpiece after forming.

Кроме того, на этапе U-формования, где используется устройство Verson для придания заготовке U-образной формы, показанное на фиг. 6, форма дальнего конца инструмента 37 для U-формования выбирается в зависимости от толщины и типа стали стального листа S и заданного наружного диаметра стальной трубы, и задается величина вдавливания при U-формовании. С другой стороны, исходное расстояние между опорами при U-формовании может задаваться посредством изменения положений левой и правой локер-матриц 35. Кроме того, окончательное расстояние между опорами при U-формовании может изменяться посредством задания исходной высоты участка 33 основания (или исходного угла локер-матрицы 35). Таким образом, на этапе U-формования рабочие условия этапа U-формования могут устанавливаться с помощью сходных рабочих параметров, независимо от того, какое устройство для придания заготовке U-образной формы используется. Следует отметить, что устройство для придания заготовке U-образной формы, показанное на фиг. 6, имеет двустороннесимметричную компоновку. На чертеже с левой стороны от плоскости F симметрии показано состояние, когда стальной лист S установлен в устройство для придания заготовке U-образной формы, и на чертеже с правой стороны от плоскости F симметрии показано состояние, когда инструмент 37 для U-формования опускается в заданное самое нижнее положение.In addition, in the U-forming step, where a Verson device is used to shape the workpiece into a U shape, shown in FIG. 6, the shape of the distal end of the U-forming tool 37 is selected depending on the thickness and steel type of the steel sheet S and the predetermined outer diameter of the steel pipe, and the U-forming indentation amount is set. On the other hand, the initial distance between the U-forming supports can be set by changing the positions of the left and right locker dies 35. In addition, the final distance between the U-forming supports can be changed by setting the initial height of the base portion 33 (or the initial locker angle -matrices 35). Thus, in the U-forming step, the operating conditions of the U-forming step can be set using similar operating parameters no matter which U-shaping device is used. It should be noted that the device for giving a U-shape to a workpiece shown in FIG. 6, has a bilaterally symmetrical layout. The drawing on the left side of the symmetry plane F shows the state when the steel sheet S is installed in the device for forming the workpiece into a U-shape, and the drawing on the right side of the symmetry plane F shows the state when the U-forming tool 37 is lowered to a predetermined position. lowest position.

Этап O-формованияO-forming stage

Далее со ссылкой на фиг. 7 будет приведено описание этапа O-формования.Next, with reference to FIG. 7, a description of the O-forming step will be given.

Этап O-формования выполняется посредством включения полукруглых матриц в состав устройства для придания заготовке O-образной формы. На фиг. 7 схематически показано деформирование U-образной формованной заготовки на этапе O-формования. На этапе O-формования U-образную формованную заготовку сначала устанавливают в нижнюю полуматрицу 40 устройства для придания заготовке O-образной формы. Далее, после опускания верхней полуматрицы 41, которая является полукруглой полуматрицей, открытой с нижней стороны, достигается исходное состояние перед обработкой на этапе O-формования, как показано на фи. 7(a). Далее, когда верхняя полуматрица 41 опускается с помощью подъемного устройства полуматрицы (не показано), U-образная формованная заготовка приобретает цилиндрическую форму, имеющую, по существу, круглое сечение на всем протяжении верхней и нижней полуматриц, как показано на фиг. 7(b). Далее, когда верхняя полуматрица 41 поднимается и освобождает U-образную формованную заготовку от удерживания, U-образная формованная заготовка подвергается упругому восстановлению и возвращается из, по существу, состояния, в котором она имеет круглое сечение, показанное на фиг. 7(b), в состояние, в котором она имеет немного U-образную форму за счет пружинения. В результате форма U-образной формованной заготовки по завершении этапа O-формования становится слегка эллиптической формой, удлиненной в вертикальном направлении, как показано на фиг. 7(c). Такая форма именуется открытой трубой.The O-forming step is performed by incorporating semi-circular dies into the apparatus to give the workpiece an O-shape. In fig. 7 schematically shows the deformation of a U-shaped preform in the O-forming step. In the O-forming step, the U-shaped preform is first installed in the lower half-die 40 of the device to shape the preform into an O-shape. Next, after lowering the upper half-die 41, which is a semicircular half-die open at the bottom side, the original state before processing in the O-forming step is reached, as shown in phi. 7(a). Further, when the upper half-die 41 is lowered by the half-die lifting device (not shown), the U-shaped preform takes on a cylindrical shape having a substantially circular cross-section throughout the upper and lower half-dies, as shown in FIG. 7(b). Further, when the upper half-die 41 rises and releases the U-shaped blank from being held, the U-shaped blank undergoes elastic recovery and returns from the substantially circular cross-section shown in FIG. 7(b) to a state in which it is slightly U-shaped due to springback. As a result, the shape of the U-shaped preform upon completion of the O-forming step becomes a slightly elliptical shape elongated in the vertical direction, as shown in FIG. 7(c). This shape is called an open pipe.

Рабочий параметр, задаваемый при выполнении этапа O-формования, может определяться с помощью расстояния (именуемого величиной вдавливания при O-формовании) между самым верхним участком на стороне внутренней поверхности верхней полуматрицы и самым нижним участком на стороне внутренней поверхности нижней полуматрицы 40 в тот момент, когда верхняя полуматрица 41, показанная на фиг. 7(b), находится в самом нижнем положении. Кроме того, рабочий параметр может определяться с помощью зазора (именуемого местом вдавливания при O-формовании) между самым нижним участком верхней полуматрицы 41 и самым верхним участком нижней полуматрицы 40 в момент, когда верхняя полуматрица 41, показанная на фиг. 7(b), находится в самом нижнем положении. С другой стороны, коэффициент сжатия на этапе O-формования определяется как (W- L)/W (× 100%), где W – ширина стального листа S, используемого в качестве материала, перед началом этапа U-формования, и L – длина в окружном направлении участка, соответствующего 1/2 толщины стального листа S во время сжатия с помощью верхней полуматрицы 41(длина участка, где полуматрица приходит в контакт со стальным листом S и участка зазора между верхней полуматрицей 41 и нижней полуматрицей 40). Кроме того, радиус полуматрицы для O-формования, который является радиусом кривизны криволинейной поверхности верхней полуматрицы 41 и нижней полуматрицы 40, приходящими в контакт с U-образной формованной заготовкой, может использоваться в качестве рабочего параметра этапа O-формования. Когда U-образная формованная заготовка помещена на нижнюю полуматрицу 40, U-образная формованная заготовка расположена симметрично, так что самая нижняя точка U-образного сечения соответствует самому нижнему участку на стороне внутренней поверхности нижней полуматрицы 40. Однако положение, в которое устанавливают U-образную формованную заготовку, в некоторых случаях может быть смещено в зависимости от формы U-образной формованной заготовки или изменения формы полуматриц из-за износа нижней полуматрицы 40.The operating parameter set when performing the O-forming step can be determined by the distance (referred to as the O-forming indentation amount) between the uppermost portion on the inner surface side of the upper half-die and the lowermost portion on the inner surface side of the lower half-die 40 at that time. when the upper half-matrix 41 shown in FIG. 7(b) is in its lowest position. In addition, the operating parameter can be determined by the gap (referred to as O-forming indentation point) between the lowermost portion of the upper half-die 41 and the uppermost portion of the lower half-die 40 at the time when the upper half-die 41 shown in FIG. 7(b) is in its lowest position. On the other hand, the compression ratio in the O-forming step is defined as (W- L)/W (× 100%), where W is the width of the steel sheet S used as the material before starting the U-forming step, and L is the length in the circumferential direction of a portion corresponding to 1/2 the thickness of the steel sheet S during compression by the upper half-die 41 (the length of the portion where the half-die comes into contact with the steel sheet S and the gap portion between the upper half-die 41 and the lower half-die 40). In addition, the radius of the O-forming half-die, which is the radius of curvature of the curved surface of the upper half-die 41 and the lower half-die 40 coming into contact with the U-shaped preform, can be used as an operating parameter of the O-forming step. When the U-shaped blank is placed on the lower half-die 40, the U-shaped blank is positioned symmetrically so that the lowest point of the U-shaped section corresponds to the lowest portion on the inner surface side of the lower half-die 40. However, the position at which the U-shaped blank is installed molded blank, in some cases may be displaced depending on the shape of the U-shaped molded blank or changes in the shape of the half-dies due to wear of the lower half-die 40.

Этап сваркиWelding stage

Далее приведено описание этапа сварки.The following is a description of the welding step.

В дальнейшем открытая труба, сформованная на этапе O-формования, подвергается формовке для получения стальной трубы посредством стыковки торцевых поверхностей участков с зазором под сварку друг с другом и сварки в сварочной машине (соединительном средстве). Используемая сварочная машина (соединительное средство) является, например, устройством, содержащим сварочные машины трех типов, т.е. сварочную машину для сварки труб прихваточным швом, сварочную машину для сварки внутренней поверхности труб и сварочную машину для сварки наружной поверхности труб. В этих сварочных машинах сварочная машина для сварки труб прихваточным швом непрерывно приводит торцевые поверхности, стыкуемые с помощью формующих валков, в плотный контакт друг с другом при соответствующем взаимном расположении и сваривает участок плотного контакта по всей длине в направлении оси трубы. Далее стальная труба, сваренная прихваточным швом, сваривается (дуговой сваркой под флюсом) со стороны внутренней поверхности состыкованного участка с помощью сварочной машины для сварки внутренней поверхности труб и затем сваривается (дуговой сваркой под флюсом) со стороны наружной поверхности состыкованного участка с помощью сварочной машины для сварки наружной поверхности труб.Subsequently, the open pipe formed in the O-forming step is formed to form a steel pipe by joining the end surfaces of the weld gap portions to each other and welding them in a welding machine (connecting means). The welding machine (connecting means) used is, for example, a device containing three types of welding machines, i.e. a welding machine for tack welding pipes, a welding machine for welding the inner surface of pipes, and a welding machine for welding the outer surface of pipes. In these welding machines, the pipe tack welding machine continuously brings the end surfaces joined by the forming rolls into close contact with each other at an appropriate relative position, and welds the entire length of the close contact portion in the direction of the pipe axis. Next, the tack welded steel pipe is welded (submerged arc welding) on the inner surface side of the joint section using a welding machine for welding the inner surface of pipes, and then welded (submerged arc welding) on the outer surface of the joint section using a welding machine for welding the outer surface of pipes.

Этап экспандирования трубыPipe expansion stage

Далее со ссылкой на фиг. 8 будет приведено описание этапа экспандирования трубы.Next, with reference to FIG. 8 will describe the pipe expansion step.

Стальная труба, имеющая сваренный участок с зазором под сварку, обрабатывается таким образом, что устройство для экспандирования трубы вставляется в стальную трубу для экспандирования диаметра стальной трубы (именуемого экспандированием трубы). На фиг. 8(a) – 8(c) показан пример конструкции устройства для экспандирования трубы. Как показано на фиг. 8(a), устройство для экспандирования трубы содержит множество сегментов 51 для экспандирования трубы, имеющих криволинейные поверхности, полученные посредством деления дуги на множество дуг в окружном направлении конической наружной периферийной поверхности 52. При экспандировании стальной трубы, используя устройство для экспандирования трубы, как показано на фиг. 8(b) и 8(c), сегмент 51 для расширения трубы сначала выравнивается с местом начала экспандирования трубы посредством перемещения стальной трубы P, используя устройство для перемещения стальной трубы. Далее посредством отведения тяговой штанги 53 из начального положения экспандирования трубы выполняется первая обработка для экспандирования трубы.A steel pipe having a welded portion with a weld gap is processed such that a pipe expansion device is inserted into the steel pipe to expand the diameter of the steel pipe (referred to as pipe expansion). In fig. 8(a) – 8(c) shows an example of the design of a pipe expansion device. As shown in FIG. 8(a), the pipe expansion device includes a plurality of pipe expansion segments 51 having curved surfaces obtained by dividing an arc into a plurality of arcs in the circumferential direction of the conical outer peripheral surface 52. When expanding a steel pipe, using the pipe expansion device as shown in fig. 8(b) and 8(c), the pipe expansion segment 51 is first aligned with the pipe expansion start location by moving the steel pipe P using the steel pipe moving device. Next, by retracting the draw rod 53 from the pipe expansion starting position, the first pipe expansion processing is performed.

Это позволяет каждому из сегментов 51 для экспандирования трубы в скользящем контакте с конической наружной периферийной поверхностью 52 перемещаться в радиальном направлении за счет клинового действия, экспандируя стальную трубу P. Это уменьшает уровень неправильности формы сечения стальной трубы P, приближая форму сечения стальной трубы P к идеальной круглой форме. Далее, тяговая штанга 53 выдвигается в исходное положение экспандирования трубы для возврата сегментов 51 для экспандирования трубы внутрь в вертикальном осевом направлении с помощью механизма высвобождения, и после этого стальная труба P дополнительно перемещается на расстояние, соответствующее шагу (длине по оси) сегментов 51 для экспандирования трубы. Сегменты 51 для экспандирования трубы регулируются согласно новым местам экспандирования трубы, и затем вышеописанная операция повторяется. Это позволяет выполнять первую обработку для экспандирования трубы по всей длине стальной трубы P в соответствии с шагом сегментов 51 для экспандирования трубы.This allows each of the pipe expansion segments 51 in sliding contact with the conical outer peripheral surface 52 to move radially by wedge action, expanding the steel pipe P. This reduces the level of irregularity in the section shape of the steel pipe P, bringing the section shape of the steel pipe P closer to the ideal round shape. Next, the draw rod 53 is extended to the pipe expansion starting position to return the pipe expansion segments 51 inward in the vertical axial direction by the release mechanism, and thereafter, the steel pipe P is further moved a distance corresponding to the pitch (axial length) of the expansion segments 51 pipes. The pipe expansion segments 51 are adjusted according to the new pipe expansion locations, and then the above-described operation is repeated. This allows the first pipe expansion processing to be carried out along the entire length of the steel pipe P in accordance with the pitch of the pipe expansion segments 51.

Примеры рабочих параметров для определения рабочих условий этапа экспандирования трубы включают в себя коэффициент экспандирования трубы, число сегментов для экспандирования трубы и радиус сегментов для экспандирования трубы. Коэффициент экспандирования трубы относится к отношению разницы между наружным диаметром стальной трубы P после экспандирования трубы и наружным диаметром стальной трубы P перед экспандированием трубы к наружному диаметру стальной трубы перед экспандированием трубы. Наружный диаметр стальной трубы P перед экспандированием трубы и после экспандирования трубы может быть подсчитан посредством измерения окружной длины стальной трубы P. Коэффициент экспандирования трубы может регулироваться посредством величины хода, когда сегменты 51 для экспандирования трубы расширяются в радиальном направлении. Число сегментов для экспандирования трубы относится к числу сегментов для экспандирования трубы, которые приходят в контакт со стальной трубой P, расположенной в окружном направлении, когда выполняется экспандирование трубы. Радиус сегмента для экспандирования трубы относится к радиусу кривизны участка каждого сегмента для экспандирования трубы в окружном направлении, который приходит в контакт со стальной трубой.Examples of operating parameters for determining the operating conditions of the pipe expansion step include the pipe expansion ratio, the number of pipe expansion segments, and the radius of the pipe expansion segments. Pipe expansion ratio refers to the ratio of the difference between the outer diameter of the steel pipe P after pipe expansion and the outer diameter of the steel pipe P before expanding the pipe to the outer diameter of the steel pipe before expanding the pipe. The outer diameter of the steel pipe P before pipe expansion and after pipe expansion can be calculated by measuring the circumferential length of the steel pipe P. The expansion ratio of the pipe can be adjusted by the stroke amount when the pipe expansion segments 51 are expanded in the radial direction. The number of pipe expansion segments refers to the number of pipe expansion segments that come into contact with the steel pipe P located in the circumferential direction when pipe expansion is performed. The radius of the pipe expansion segment refers to the radius of curvature of the portion of each pipe expansion segment in the circumferential direction that comes into contact with the steel pipe.

Наряду с этими параметрами коэффициент экспандирования трубы является рабочим параметром, который может легко регулировать овальность после этапа экспандирования трубы в случае изменения атрибутивных величин, таких как предел текучести и толщина стального листа, используемого в качестве материала. Увеличение коэффициента экспандирования трубы обеспечивает кривизну области контакта с сегментом для экспандирования трубы равномерно по всей окружности трубы согласно радиусу сегментов для экспандирования трубы, позволяя уменьшить овальность. Чем больше число сегментов для экспандирования трубы, тем большее локальное изменение кривизны в окружном направлении стальной трубы может сдерживаться, позволяя достичь удовлетворительной овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы.Along with these parameters, the pipe expansion ratio is an operating parameter that can easily adjust the ovality after the pipe expansion step in case of changes in attribute values such as yield strength and thickness of the steel sheet used as the material. Increasing the pipe expansion ratio ensures the curvature of the contact area with the pipe expansion segment evenly across the entire circumference of the pipe according to the radius of the pipe expansion segments, allowing for a reduction in ovality. The larger the number of pipe expansion segments, the greater the local curvature change in the circumferential direction of the steel pipe can be suppressed, allowing the steel pipe to achieve satisfactory ovality after the pipe expansion step.

Однако верхнее предельное значение коэффициента экспандирования трубы ограничивается для поддержания диаметра стальной трубы в качестве изделия в пределах заданного допуска на размеры. Кроме того, слишком большой коэффициент экспандирования трубы мог бы обусловливать увеличение зазора между сегментами для экспандирования трубы в окружном направлении при расширении сегмента для экспандирования трубы, что в некоторых случаях увеличивало бы овальность стальной трубы. Кроме того, участок, смягчаемый в результате теплового воздействия во время сварки, локально и интенсивно деформируется, что могло бы значительно уменьшить толщину указанного участка, в результате чего толщина стенки трубы могла бы не соответствовать заданному диапазону допусков. Кроме того, возможен случай, когда предел текучести при сжатии готовой стальной трубы снижается из-за эффекта Баушингера, и необходимо принять во внимание задание верхнего предельного значения коэффициента экспандирования трубы из-за ограничений на материалы, когда стальная труба используется в состоянии воздействия высоких напряжении сжатия в окружном направлении (например, при использовании в глубоководных трубопроводах). Соответственно, коэффициент экспандирования трубы в реальных условиях задается таким образом, чтобы овальность стальной трубы находилась в пределах заданной величины при коэффициенте экспандирования трубы ниже заданного верхнего предельного значения коэффициента экспандирования трубы.However, the upper limit value of the pipe expansion ratio is limited to maintain the diameter of the steel pipe as a product within the specified dimensional tolerance. In addition, a pipe expansion ratio that is too large could cause the gap between the pipe expansion segments to increase in the circumferential direction when the pipe expansion segment is expanded, which in some cases would increase the ovality of the steel pipe. In addition, the area softened by the thermal effect during welding is locally and severely deformed, which could significantly reduce the thickness of the said area, as a result of which the pipe wall thickness might not meet the specified tolerance range. In addition, there may be a case where the compressive yield strength of the finished steel pipe is reduced due to the Bauschinger effect, and it is necessary to take into account setting the upper limit value of the pipe expansion ratio due to material restrictions when the steel pipe is used in a state of high compressive stress. in the circumferential direction (for example, when used in deep-sea pipelines). Accordingly, the pipe expansion ratio in real conditions is set so that the ovality of the steel pipe is within a specified value when the pipe expansion ratio is lower than the specified upper limit value of the pipe expansion ratio.

Этап проверкиVerification phase

И, наконец, со ссылкой на фиг. 9 будет приведено описание этапа проверки.Finally, with reference to FIG. 9 will describe the verification phase.

На этапе проверки в качестве последнего этапа изготовления стальной трубы проверяют качество стальной трубы и измеряют овальность стальной трубы. Овальность, измеряемая на этапе измерения овальности, является показателем, представляющим степень отклонения формы наружного диаметра стальной трубы от идеальной окружности. Как правило, чем ближе овальность к нулю, тем ближе форма сечения стальной трубы к идеальной окружности. Овальность вычисляется на основе информации о наружном диаметре стальной трубы, измеряемом с помощью устройства для измерения овальности. Например, труба разделяется на равные части в окружном направлении в определенном месте по длине трубы, после чего измеряются наружные диаметры в противолежащих местах. Когда из числа указанных диаметров максимальный диаметр и минимальный диаметр определяются как Dmax и Dmin, соответственно, овальность может быть определена как Dmax – Dmin. Чем больше число разделений на равные части, тем более меньшие неправильности формы стальной трубы после этапа экспандирования могут быть числовым показателем, что является предпочтительным. В частности, предпочтительно использовать информацию применительно к разделению на 4 – 36000 равных частей. Более предпочтительно использовать деление на 360 и более равных частей. Следует отметить, что при определении овальности стальной трубы овальность может определяться с помощью разницы между формой внутреннего диаметра и внутренним диаметром стальной трубы на основании формы внутреннего диаметра стальной трубы вместо наружного диаметра стальной трубы.In the inspection stage, as the last step of steel pipe manufacturing, the quality of the steel pipe is checked and the ovality of the steel pipe is measured. Ovality, measured in the ovality measurement step, is an indicator representing the degree of deviation of the shape of the outer diameter of a steel pipe from an ideal circle. As a rule, the closer the ovality is to zero, the closer the cross-sectional shape of the steel pipe is to an ideal circle. Ovality is calculated based on the outer diameter of the steel pipe measured by an ovality measuring device. For example, a pipe is divided into equal parts in the circumferential direction at a certain location along the length of the pipe, after which the outer diameters are measured at opposite locations. When, among the specified diameters, the maximum diameter and minimum diameter are determined as Dmax and Dmin, respectively, the ovality can be determined as Dmax - Dmin. The larger the number of divisions into equal parts, the smaller the irregularities in the shape of the steel pipe after the expansion step can be a numerical indicator, which is preferable. In particular, it is preferable to use the information in relation to division into 4 to 36,000 equal parts. It is more preferable to use division into 360 or more equal parts. It should be noted that when determining the ovality of a steel pipe, the ovality can be determined by the difference between the shape of the inner diameter and the inner diameter of the steel pipe based on the shape of the inner diameter of the steel pipe instead of the outer diameter of the steel pipe.

Кроме того, положение в продольном направлении стальной трубы, задаваемое для измерения овальности, может выбираться иным образом. Может быть измерена овальность вблизи конца в продольном направлении стальной трубы или может быть измерена овальность на центральном участке в продольном направлении стальной трубы. Кроме того, для измерения овальности в каждом положении из продольного направления стальной трубы может быть выбрано множество положений измерения овальности, или может быть получено среднее значение овальности, измеряемое во множестве положений продольного направления. Однако овальность необязательно должна быть представлена разностью между максимальным диаметром и минимальным диаметром. Также допускается использовать способ расчета эквивалентной временной идеальной окружности (диаметра), имеющей такую же площадь, как и площадь внутри кривой фигуры, представляющей форму наружного диаметра стальной трубы на непрерывной диаграмме и определяющей область, отклоняющуюся от формы наружного диаметра стальной трубы в форме изображения на основе временной идеальной окружности. Причина состоит в том, что информация в виде изображений может использоваться в качестве выходных данных в машинном обучении, как описано ниже. В качестве средства измерения формы наружного диаметра стальной трубы, к примеру, могут использоваться следующие способы.In addition, the position in the longitudinal direction of the steel pipe specified for measuring ovality may be selected differently. The ovality near the longitudinal end of the steel pipe can be measured, or the ovality at the central portion in the longitudinal direction of the steel pipe can be measured. In addition, to measure the ovality at each position from the longitudinal direction of the steel pipe, a plurality of ovality measuring positions can be selected, or the average ovality value measured at a plurality of positions in the longitudinal direction can be obtained. However, ovality need not be represented by the difference between the maximum diameter and the minimum diameter. It is also possible to use a method for calculating an equivalent temporary ideal circle (diameter) having the same area as the area inside the curved figure representing the shape of the outer diameter of a steel pipe in a continuous diagram and defining the area deviating from the shape of the outer diameter of a steel pipe in the form of an image based on temporary perfect circle. The reason is that information in the form of images can be used as output in machine learning, as described below. As a means of measuring the shape of the outer diameter of a steel pipe, for example, the following methods can be used.

(a) Как показано на фиг. 9(a), с помощью устройства, содержащего штангу 60, которая может вращаться на 360 градусов относительно, по существу, центральной оси стальной трубы P, щупы 61a и 61b перемещения, прикрепленные к дальнему концу штанги 60, и датчик 62 угла вращения, который определяет угол вращения поворотного вала штанги 60, измеряется расстояние между центром вращения штанги 60 и точкой измерения на наружной периферии стальной трубы P с помощью щупов 61a и 61b перемещения для каждого угла вращения штанги 60 в минутах, после чего определяется форма наружного диаметра стальной трубы P на основе измеренного значения.(a) As shown in FIG. 9(a), by means of a device comprising a rod 60 that can be rotated 360 degrees about substantially the central axis of the steel pipe P, displacement probes 61a and 61b attached to the distal end of the rod 60, and a rotation angle sensor 62 that determines the rotation angle of the rotary shaft of the rod 60, the distance between the center of rotation of the rod 60 and the measurement point on the outer periphery of the steel pipe P is measured using the displacement probes 61a and 61b for each rotation angle of the rod 60 in minutes, and then the shape of the outer diameter of the steel pipe P is determined at based on the measured value.

(b) Как показано на фиг. 9(b), с помощью устройства, содержащего поворотную штангу 63, которая вращается относительно центральной оси стальной трубы P, раму (не показана), которая расположена на торцевой стороне поворотной штанги 63 и может перемещаться в радиальном направлении стальной трубы P, пару прижимных роликов 64a и 64b, которые приходят в контакт с наружной поверхностью и внутренней поверхностью конца стальной трубы P и вращаются при вращении поворотной штанги 63, и пару нажимных пневматических цилиндров (не показаны), прикрепленных к раме, которые прижимают прижимные ролики 64a и 64b к наружной поверхности и внутренней поверхности стальной трубы P, форма наружного диаметра стальной трубы определяется на основе величины перемещения в радиальном направлении рамы и мест формования прижимными роликами 64a и 64b с помощью отдельных нажимных пневматических цилиндров.(b) As shown in FIG. 9(b), by means of a device comprising a rotating rod 63 that rotates about the central axis of the steel pipe P, a frame (not shown) that is located on the end side of the rotating rod 63 and can be moved in the radial direction of the steel pipe P, a pair of pressure rollers 64a and 64b which come into contact with the outer surface and the inner surface of the end of the steel pipe P and rotate when the rotating bar 63 is rotated, and a pair of pneumatic pressure cylinders (not shown) attached to the frame which press the pressure rollers 64a and 64b against the outer surface and the inner surface of the steel pipe P, the shape of the outer diameter of the steel pipe is determined based on the amount of movement in the radial direction of the frame and the forming locations by the pressure rollers 64a and 64b using the individual pressure pneumatic cylinders.

В настоящем варианте выполнения за счет сравнения результата прогнозирования овальности, полученного с помощью модели прогнозирования овальности, описанной ниже, с измеренной величиной овальности, полученной на этапе проверки, описанном выше, можно подтверждать точность прогнозирования овальности. Таким образом, что касается результата прогнозирования с помощью модели прогнозирования овальности, описанной ниже, также можно повысить точность прогнозирования, получаемую с помощью модели прогнозирования овальности, посредством добавления фактической величины погрешности прогнозирования к результату прогнозирования с помощью модели прогнозирования овальности.In the present embodiment, by comparing the ovality prediction result obtained by the ovality prediction model described below with the measured ovality value obtained in the verification step described above, the accuracy of the ovality prediction can be confirmed. Thus, regarding the prediction result of the ovality prediction model described below, it is also possible to improve the prediction accuracy obtained by the ovality prediction model by adding the actual prediction error amount to the prediction result of the ovality prediction model.

Устройство генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубыSteel pipe ovality prediction model generation device

Далее со ссылкой на фиг. 10 – 17 будет приведено описание устройства генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.Next, with reference to FIG. 10 to 17, a description will be given of a steel pipe ovality prediction model generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

На фиг. 10 показана схема конфигурации устройства генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения. На фиг. 11 показана схема конфигурации блока 112 расчета овальности трубы из фиг. 10. Как показано на фиг. 10, устройство 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения содержит устройство обработки информации, такое как рабочая станция, и содержит блок 110 сбора исходных данных, базу данных 120 и блок 130 генерирования модели прогнозирования овальности.In fig. 10 is a configuration diagram of a steel pipe ovality prediction model generating apparatus according to an embodiment of the present invention. In fig. 11 is a configuration diagram of the pipe ovality calculation unit 112 of FIG. 10. As shown in FIG. 10, the steel pipe ovality prediction model generating device 100 of the embodiment of the present invention includes an information processing device such as a workstation, and includes an input data collection unit 110, a database 120, and an ovality prediction model generating unit 130.

Блок 110 сбора исходных данных содержит набор данных 111 для рабочих условий, полученный посредством определения количества факторов, оказывающих влияние на овальность стальной трубы на этапе U-формования, этапе O-формования, этапе сварки и этапе экспандирования трубы; и блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, который выдает данные об овальности после этапа экспандирования трубы, используя набор данных 111 для рабочих условий в качестве условия на входе.The raw data collection unit 110 contains a set of operating conditions data 111 obtained by determining the number of factors affecting the ovality of the steel pipe in the U-forming step, O-forming step, welding step, and pipe expansion step; and an offline pipe ovality calculation unit 112 that outputs ovality data after the pipe expansion step using the operating condition data set 111 as the input condition.

В настоящем варианте выполнения набор данных 111 для рабочих условий включает в себя, по меньшей мере, рабочие параметры этапа U-формования и этапа O-формования. Это связано с тем, что указанная информация оказывает большое влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы и оказывает влияние на колебание овальности. Вместе с тем могут быть приняты во внимание атрибутивная информация о стальном листе, используемом в качестве материала, рабочие параметры этапа C-формования, рабочие параметры этапа сварки и рабочие параметры этапа экспандирования трубы. Данные, используемые для набора данных 111 для рабочих условий, будут описаны ниже.In the present embodiment, the operating condition data set 111 includes at least the operating parameters of the U-forming step and the O-forming step. This is because the above information has a great influence on the ovality of the steel pipe after the pipe expansion stage and influences the ovality fluctuation. However, the attribute information of the steel sheet used as the material, the operating parameters of the C-forming step, the operating parameters of the welding step, and the operating parameters of the pipe expansion step can be taken into account. The data used for the operating conditions data set 111 will be described below.

Блок 110 сбора исходных данных выполняет численные операции с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, различным образом изменяя параметры, включенные в набор данных 111 для рабочих условий, тем самым, рассчитывая овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, соответствующего множеству набору данных 111 для рабочих условий. Диапазон изменения параметра, включенного в набор данных 111 для рабочих условий, определяется на основании диапазона, который может изменяться в качестве нормального рабочего условия согласно размеру стальной трубы, подлежащей изготовлению, техническим условиям на оборудование для каждого этапа и т.п.The raw data collection unit 110 performs numerical operations with the help of the pipe ovality calculation unit 112 offline, variously changing the parameters included in the operating condition data set 111, thereby calculating the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step corresponding to the multiple data set 111 for working conditions. The variation range of the parameter included in the operating condition data set 111 is determined based on a range that may vary as a normal operating condition according to the size of the steel pipe to be manufactured, equipment specifications for each step, and the like.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме рассчитывает форму стальной трубы после этапа экспандирования трубы с помощью численного анализа для группы этапов изготовления до этапа экспандирования стальной трубы и получает овальность стальной трубы, исходя из формы стальной трубы после этапа экспандирования трубы. В этом случае этапы изготовления включают в себя этап U-формования, этап O-формования и этап экспандирования трубы. Как показано на фиг 11, блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме содержит: блоки 112a – 112c генерирования конечно-элементной модели для соответствующих этапов; и решатель 112d для конечно-элементного анализа. Следует отметить, что блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме может содержать блок генерирования конечно-элементной модели, соответствующий этапу C-формования.The pipe ovality calculation unit 112 offline calculates the shape of the steel pipe after the pipe expansion step by numerical analysis for a group of manufacturing steps before the steel pipe expansion step, and obtains the ovality of the steel pipe based on the shape of the steel pipe after the pipe expansion step. In this case, the manufacturing steps include a U-forming step, an O-forming step, and a pipe expansion step. As shown in Fig. 11, the offline pipe ovality calculation block 112 contains: blocks 112a – 112c for generating a finite element model for the corresponding stages; and a finite element analysis solver 112d. It should be noted that the offline pipe ovality calculation block 112 may include a finite element model generation block corresponding to the C-forming step.

Решатель 112d для конечно-элементного анализа может быть создан в виде целого ряда доступных для приобретения универсальных модулей программного обеспечения для анализа, и, таким образом, существует возможность надлежащего выбора и внедрения некоторых из них для эффективного применения. Это связано с тем, что после генерирования конечно-элементной модели, соответствующей каждому этапу, численный анализ может выполняться с помощью одиночного решателя для конечно-элементного анализа. Как вариант, также допускается использовать режим, в котором решатель 112d для конечно-элементного анализа установлен в компьютере отдельно от блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, и входные данные, включающие в себя конечно-элементную модель, и выходные данные в качестве результата расчета передаются и принимаются от компьютера, в котором установлен решатель 112d для конечно-элементного анализа. Другими словами, блоки 112a – 112c генерирования конечно-элементной модели блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме могут быть установлены в клиентском компьютере, решатель 112d для конечно-элементного анализа может быть установлен в серверном компьютере, и входные данные, включающие в себя конечно-элементную модель, и результат расчета, относящийся к форме стальной трубы после этапа экспандирования трубы, могут обмениваться друг с другом.The finite element analysis solver 112d may be constructed as a number of commercially available generic analysis software modules, and thus it is possible to appropriately select and implement some of them for effective use. This is because after generating the finite element model corresponding to each step, the numerical analysis can be performed using a single finite element solver. Alternatively, it is also possible to use a mode in which the finite element analysis solver 112d is installed in a computer separately from the pipe ovality calculation unit 112 in an offline mode, and the input data includes the finite element model and the output data as the result of the calculation are transmitted to and received from a computer in which the finite element analysis solver 112d is installed. In other words, the finite element model generation blocks 112a - 112c of the offline pipe ovality calculation block 112 may be installed on the client computer, the finite element analysis solver 112d may be installed on the server computer, and the input data including finite element analysis element model, and the calculation result related to the shape of the steel pipe after the pipe expansion step can be exchanged with each other.

Метод конечных элементов является типом метода приближенного решения разделения непрерывного тела на конечные элементы. Несмотря на то, что метод конечных элементов является приближенным решением, он представляет собой метод получения решения, которое удовлетворяет равновесию сил и непрерывности перемещения в узловых точках элементов, позволяя получать высокоточное решение даже при неравномерной деформации. В методе конечных элементов напряжение, деформация и смещение в элементе определяются независимо для каждого элемента и связаны со смещением (скоростью) узла и определяются как задача решения системы уравнений. В широко используемом способе деформация (приращение) или напряжение оценивается посредством использования приращения (скорости) в узле элемента в качестве неизвестной величины.The finite element method is a type of method for approximate solution of dividing a continuous body into finite elements. Although the finite element method is an approximate solution, it is a method of obtaining a solution that satisfies the equilibrium of forces and the continuity of movement at the nodal points of the elements, allowing a highly accurate solution to be obtained even with non-uniform deformation. In the finite element method, the stress, strain, and displacement in an element are determined independently for each element and are related to the displacement (velocity) of the node and are defined as a problem solving a system of equations. In a commonly used method, the strain (increment) or stress is estimated by using the increment (velocity) at an element node as the unknown quantity.

Кроме того, метод конечных элементов отличается тем, что расчет выполняется на основании принципа возможных перемещений, выраженного в интегральной форме относительного равновесного состояния напряжения в элементе. Точность результата анализа варьируется в зависимости от условий, таких как разделение на элементы и время, необходимое для расчета. Кроме того, метод конечных элементов отличается способностью к решению проблемы, которую трудно решить другими способами, причем указанное решение удовлетворяет основному уравнению пластической механики в узле или элементе. Таким образом, даже в случае усложненного процесса формования на этапе изготовления стальной трубы существует возможность получения решений в отношении перемещения, поля механических напряжений и поля деформаций обрабатываемого изделия, близких к реальности.In addition, the finite element method differs in that the calculation is performed on the basis of the principle of possible displacements, expressed in integral form of the relative equilibrium state of stress in the element. The accuracy of the analysis result varies depending on conditions such as the division into elements and the time required for calculation. In addition, the finite element method is distinguished by its ability to solve a problem that is difficult to solve by other means, and the said solution satisfies the basic equation of plastic mechanics in the node or element. Thus, even in the case of a complicated forming process at the stage of manufacturing a steel pipe, it is possible to obtain solutions in relation to the displacement, mechanical stress field and deformation field of the workpiece that are close to reality.

Часть решателя 112d для конечно-элементного анализа может быть заменена различными способами численного анализа или приближенными решениями, такими как теория поля линий скольжения или энергетический метод. Это позволяет сократить общее время расчета. Кроме того, конечно-элементный анализ, используемый в настоящем варианте выполнения, выполняет упруго-пластичный анализ и не включает в себя анализ температурного поля, такой как анализ теплопроводности. Однако, когда скорость обработки является высокой, и температура стального листа сильно повышается из-за генерирования тепла при обработке, допускается выполнять анализ, комбинируя анализ теплопроводности и упруго-пластичный анализ. Кроме того, упруго-пластичный анализ настоящего варианта выполнения является двухмерным поперечным анализом на любом из этапов, к которым относятся этап U-формования, этап O-формования и этап экспандирования трубы, и является достаточным для выполнения численного анализа U-образного сечения, сечения неподвижного участка в продольном направлении, когда стальной лист формуется для получения открытой трубы, и стальной трубы. Для прогнозирования высокой точности формы подвижного участка, такого как передний конец и задний конец стальной трубы, предпочтительным является наличие блока генерирования конечно-элементной модели, который выполняет трехмерный анализ, включая сюда передний и задний концы.The finite element analysis portion of the solver 112d may be replaced by various numerical analysis techniques or approximate solutions such as slip line field theory or an energy method. This allows you to reduce the overall calculation time. Moreover, the finite element analysis used in the present embodiment performs elasto-plastic analysis and does not include temperature field analysis such as thermal conductivity analysis. However, when the processing speed is high and the temperature of the steel sheet increases greatly due to the generation of processing heat, it is permissible to perform analysis by combining thermal conductivity analysis and elasto-plastic analysis. In addition, the elasto-plastic analysis of the present embodiment is a two-dimensional transverse analysis at any of the stages of U-forming stage, O-forming stage and pipe expansion stage, and is sufficient to perform a numerical analysis of a U-shaped section, a stationary section section in the longitudinal direction when the steel sheet is formed to form an open pipe, and a steel pipe. To predict the high accuracy of the shape of a moving portion such as the front end and the rear end of a steel pipe, it is preferable to have a finite element model generation unit that performs a three-dimensional analysis including the front and rear ends.

Атрибутивная информация о стальном листе, который является обрабатываемой заготовкой, на этапе U-формования выдается в качестве входных данных. Если в качестве этапа, предшествующего этапу U-формования, предусмотрен этап C-формования, форма стального листа и распределение в нем напряжений/деформаций, полученные в результате выполнения конечно-элементного анализа этапа C-формования, будут исходными условиями для обрабатываемой заготовки на этапе U-формования. Здесь блок 112a генерирования конечно-элементной модели на этапе U-формования выполняет разделение на элементы внутри стального листа на основании размера и формы стального листа перед этапом U-формования. Разделение на элементы выполняется автоматически на основании заданного условия разделения на элементы. Распределение напряжения и деформации внутри заготовки может быть назначено для каждого элемента на основании истории изготовления, относящейся к стальному листу, на предшествующем этапе. Это связано с тем, что на этапе U-формования, главным образом включающем в себя обработку давлением, исходные остаточные напряжения также могут оказывать влияние на форму U-образной формуемой заготовки из обрабатываемого стального листа.The attribute information of the steel sheet, which is the workpiece being processed, is provided as input data in the U-forming step. If a C-forming step is provided as a step preceding the U-forming step, the shape of the steel sheet and its stress/strain distribution obtained from the finite element analysis of the C-forming step will be the initial conditions for the workpiece processed in the U step. -molding. Here, the finite element model generation unit 112a in the U-forming step performs element division within the steel sheet based on the size and shape of the steel sheet before the U-forming step. Element division is performed automatically based on the specified element division condition. The distribution of stress and strain within the workpiece can be assigned to each element based on the manufacturing history related to the steel sheet at the previous stage. This is because in the U-forming step, which mainly includes forming, the original residual stresses may also affect the shape of the U-forming steel sheet being processed.

Совместно с конечно-элементной моделью этапа O-формования, генерируемой указанным образом, условие расчета на этапе O-формования передается в качестве входных данных в решатель 112d для конечно-элементного анализа. Предусматривается, что условия расчета на этапе U-формования включают в себя рабочие параметры U-формования и всю информацию, необходимую для выполнения конечно-элементного анализа, точно определяющего все граничные условия, такие как величины физических свойств стального листа, инструмента и т.п., геометрические граничные условия и механические граничные условия.Together with the finite element model of the O-forming step generated in this manner, the calculation condition of the O-forming step is provided as input to the finite element analysis solver 112d. It is intended that the design conditions for the U-forming step include the operating parameters of the U-forming and all information necessary to perform a finite element analysis that accurately determines all boundary conditions such as physical property values of the steel sheet, tool, etc. , geometric boundary conditions and mechanical boundary conditions.

Решатель 112d для конечно-элементного анализа выполняет численный анализ согласно условиям расчета, как указано выше, для получения формы U-образной формованной заготовки и распределения напряжения и деформации, оставшихся внутри заготовки после этапа U-формования. Результат, полученный посредством такого расчета, используется в качестве входных данных для следующего этапа O-формования в блоке 112 расчета овальности трубы в автономном режиме. На основании рассчитанной формы после этапа U-формования блок 112b генерирования конечно-элементной модели этапа O-формования выполняет разделение на элементы в U-образной формованной заготовке. Разделение на элементы выполняется автоматически на основании заданного условия разделения на элементы. Предпочтительно следует задать распределение напряжения и деформации, рассчитанное для предыдущего этапа на каждом элементе.The finite element analysis solver 112d performs numerical analysis according to the calculation conditions as specified above to obtain the shape of the U-shaped workpiece and the distribution of stress and strain remaining within the workpiece after the U-forming step. The result obtained by such calculation is used as input for the next O-forming step in the off-line tube ovality calculation block 112. Based on the calculated shape after the U-forming step, the finite element model generating unit 112b of the O-forming step performs element division in the U-shaped workpiece. Element division is performed automatically based on the specified element division condition. Preferably, the stress and strain distribution calculated for the previous step on each element should be specified.

Совместно с конечно-элементной моделью этапа O-формования, генерируемой указанным образом, условия расчета на этапе O-формования передаются в качестве входных данных в решатель 112d для конечно-элементного анализа. Предусматривается, что условия расчета на этапе O-формования включают в себя рабочие параметры этапа O-формования и всю информацию, необходимую для выполнения конечно-элементного анализа, точно определяющего все граничные условия, такие как величины физических свойств стального листа, инструмента и т.п., геометрические граничные условия и механические граничные условия.Together with the finite element model of the O-forming step generated in this manner, the calculation conditions of the O-forming step are provided as input to the finite element analysis solver 112d. It is intended that the design conditions for the O-forming step include the operating parameters of the O-forming step and all information necessary to perform a finite element analysis that accurately determines all boundary conditions such as physical property values of the steel sheet, tool, etc. ., geometric boundary conditions and mechanical boundary conditions.

Решатель 112d для конечно-элементного анализа выполняет численный анализ согласно условиям расчета, как указано выше, для получения формы открытой трубы и распределения остаточных напряжений и деформации внутри заготовки после этапа O-формования. Результат, полученный посредством такого расчета, используется для входных данных в блоке 112c генерирования конечно-элементной модели следующего этапа, а именно, этапа экспандирования трубы. На этапе сварки на участке зазора под сварку открытой трубы остаточные напряжение и деформация, генерируемые в стальной трубе после сварки, могут быть получены с помощью численного анализа процесса сварки.The finite element analysis solver 112d performs numerical analysis according to the calculation conditions as specified above to obtain the shape of the open pipe and the distribution of residual stresses and strains within the workpiece after the O-forming step. The result obtained by such calculation is used as input to the finite element model generation block 112c for the next stage, namely the pipe expansion stage. In the welding stage of the open pipe weld gap section, the residual stress and strain generated in the steel pipe after welding can be obtained by numerical analysis of the welding process.

Однако во многих случаях выполнение точного численного анализа на этапе сварки вызывает затруднение по таким причинам, как характер изменения теплопроводности из-за расплавления стального листа во время сварки, и влияние на механические свойства зоны термического влияния. Кроме того, подводимое количество тепла уменьшается для сдерживания изменений в материале во время сварки, и зона термического влияния свариваемого участка ограничивается до влияния на локальный участок относительно формы всей стальной трубы, и, таким образом, влияние наличия такого участка на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы не принимается в расчет.However, in many cases, performing accurate numerical analysis during the welding stage is difficult due to reasons such as the nature of the change in thermal conductivity due to the melting of the steel sheet during welding, and the effect on the mechanical properties of the heat-affected zone. In addition, the heat input is reduced to control changes in the material during welding, and the heat-affected zone of the welded section is limited to affecting a local area relative to the shape of the entire steel pipe, and thus the effect of the presence of such a section on the ovality of the steel pipe after the expansion step pipes are not taken into account.

На этапе сварки выполняется сварка с удерживанием открытой трубы с наружной стороны для уменьшения зазора в открытой трубе. Таким образом, используя решатель 112d для конечно-элементного анализа, можно выполнять численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат может соответствовать напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки.During the welding phase, welding is performed by holding the open pipe from the outside to reduce the gap in the open pipe. Thus, using the finite element analysis solver 112d, numerical analysis can be performed on the weld gap holding characteristics of the open pipe from the outside to set the weld gap of the open pipe to zero using the finite element method, and the result can correspond to the stress - deformed state after the welding stage.

Вместе с тем, когда этап уменьшения зазора под сварку на таком этапе сварки соответствует упругой деформации, распределение напряжений/деформаций после этапа сварки может быть получено посредством совмещения аналитического решения в отношении напряжений и деформации с балкой с криволинейной осью согласно теории балок при распределении напряжений и деформаций в открытой трубе, подсчитанном с помощью конечно-элементного анализа. Это позволяет сократить время расчета.However, when the weld gap reduction step in such a welding step corresponds to elastic deformation, the stress/strain distribution after the welding step can be obtained by combining the analytical solution of stress and strain with a beam with a curved axis according to beam theory in the stress and strain distribution in an open pipe, calculated using finite element analysis. This allows you to reduce calculation time.

На основании формы стальной трубы после этапа сварки, полученной, как описано выше, блок 112c генерирования конечно-элементной модели на этапе экспандирования трубы выполняет разделение на элементы внутри стальной трубы. Разделение на элементы выполняется автоматически на основании заданного условия разделения на элементы. Предпочтительно следует задать распределение напряжения и деформации, рассчитанное, как описано выше, для каждого элемента. Генерируемая конечно-элементная модель этапа экспандирования трубы передается в решатель 112d для конечно-элементного анализа вместе с условиями расчета на этапе экспандирования трубы. Предусматривается, что условия расчета на этапе экспандирования трубы включают в себя рабочие параметры этапа экспандирования трубы по настоящему варианту выполнения и также включают в себя всю информацию, необходимую для выполнения конечно-элементного анализа, точно определяющего все граничные условия, такие как величины физических свойств стального листа, инструмента и т.п., геометрические граничные условия и механические граничные условия.Based on the shape of the steel pipe after the welding step obtained as described above, the finite element model generation unit 112c in the pipe expansion step performs element division within the steel pipe. Element division is performed automatically based on the specified element division condition. Preferably, the stress and strain distribution calculated as described above should be specified for each element. The generated finite element model of the pipe expansion step is passed to the finite element analysis solver 112d along with the calculation conditions for the pipe expansion step. It is intended that the design conditions for the pipe expansion step include the operating parameters of the pipe expansion step of the present embodiment and also include all information necessary to perform a finite element analysis that accurately determines all boundary conditions such as physical property values of the steel sheet , tool, etc., geometric boundary conditions and mechanical boundary conditions.

Решатель 112d для конечно-элементного анализа выполняет численный анализ согласно условиям расчета, как указано выше, для получения формы стальной трубы и распределения внутренних напряжений и деформаций после этапа экспандирования трубы. Рассчитанная форма стальной трубы имеет неравномерное распределение кривизны в окружном направлении, и овальность стальной трубы получают согласно определению овальности на этапе измерения овальности. Численный анализ с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, используя метод конечных элементов, иногда требует времени вычисления приблизительно 1 – 10 часов для одного набора данных рабочих условий (отдельный случай). Однако, поскольку обработка выполнятся в автономном режиме, ограничение времени вычисления не предусмотрено. Для сокращения времени вычисления для большого числа набора данных рабочих условий численные операции, соответствующие множеству наборов данных рабочих условий, могут выполняться параллельно с помощью множества компьютеров. Это позволяет формировать базу данных для генерирования модели прогнозирования овальности в течение короткого периода времени. Кроме того, в последние годы время вычисления для отдельного случая с помощью графических процессоров общего назначения (GPGPU) составляет приблизительно от 1/2 до 1/10 от обычного времени вычисления, и такие вычислительные средства могут быть использованы.The finite element analysis solver 112d performs numerical analysis according to the calculation conditions as specified above to obtain the shape of the steel pipe and the distribution of internal stresses and strains after the pipe expansion step. The calculated shape of the steel pipe has an uneven distribution of curvature in the circumferential direction, and the ovality of the steel pipe is obtained according to the ovality determination in the ovality measurement step. Numerical analysis by the off-line pipe ovality block 112 using the finite element method sometimes requires a computation time of approximately 1 to 10 hours for a single set of operating condition data (single case). However, since the processing will be performed offline, there is no computation time limit. To reduce the computation time for a large number of operating condition data sets, numerical operations corresponding to multiple operating condition data sets can be performed in parallel by multiple computers. This allows a database to be generated to generate an ovality prediction model within a short period of time. Moreover, in recent years, the computation time for a single case using general purpose graphics processing units (GPGPUs) is approximately 1/2 to 1/10 of the normal computation time, and such computing means can be used.

Со ссылкой на фиг. 10 в базе 120 данных хранится набор 111 данных рабочих условий и соответствующие данные, относящиеся к овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Данные, хранящиеся в базе 120 данных, могут быть получены в автономном режиме. В отличие от базы данных, накапливаемой в качестве фактической величины фактической операции, набор данных рабочих условий может быть гибким набором данных, делая базу данных пригодной для машинного обучения с меньшей вероятностью возникновения статистического смещения в рабочем условии набора, задаваемом набором 111 данных рабочих условий. Кроме того, поскольку результаты расчета, полученные с помощью точного численного анализа, накапливаются без накапливания обучающих данных, колеблющихся во времени, большему числу накапливаемых данных соответствует бóльшая база данных, которая может быть получена. Кроме того, база данных 120, генерируемая с помощью расчета в автономном режиме, может получать овальность при условии, которое отличается от фактических технических условий на изготовление, что также позволяет прогнозировать овальность в диапазоне без рабочих параметров изготовления.With reference to FIG. 10, a data base 120 stores a data set 111 of operating conditions and corresponding data related to the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step. The data stored in the database 120 can be retrieved offline. Unlike a database accumulated as an actual value of an actual operation, the operating condition data set can be a flexible data set, making the database suitable for machine learning with less likelihood of causing statistical bias in the operating condition of the set given by the operating condition data set 111. In addition, since the calculation results obtained by precise numerical analysis are accumulated without accumulating training data that fluctuates over time, more accumulated data corresponds to a larger database that can be obtained. In addition, the database 120 generated by the offline calculation can obtain the ovality under a condition that is different from the actual manufacturing specifications, which also allows the ovality to be predicted in the range without the manufacturing operating parameters.

Блок 130 генерирования модели прогнозирования овальности генерирует модель M прогнозирования овальности, обучаемую с помощью машинного обучения, для получения информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы для набора 111 входных данных рабочих условий на основании взаимосвязи между множеством пар данных из наборов 111 данных рабочих условий и информации об овальности стальной трубы, хранящихся в базе 120 данных. В частности, взаимосвязь между рабочими условиями на каждом этапе и информацией об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы может иметь тенденцию к сложной нелинейности. Таким образом, моделирование с использованием влияющего коэффициента, исходя из предположения линейности, имело бы результатом прогнозирование с низкой точностью, и метод машинного обучения, использующий функцию, имеющую нелинейность, например, нейронная сеть, может выполнять прогнозирование с высокой точностью. Здесь моделирование означает замену соотношения входных и выходных данных при числовой операции эквивалентной функциональной формой.The ovality prediction model generation unit 130 generates an ovality prediction model M trained by machine learning to obtain the ovality information of the steel pipe after the pipe expansion step for the operating condition input data set 111 based on the relationship between a plurality of pairs of data from the operating condition data sets 111 and information about the ovality of the steel pipe stored in the database 120. In particular, the relationship between the operating conditions in each step and the ovality information of the steel pipe after the pipe expansion step may tend to exhibit complex nonlinearity. Thus, modeling using an influence coefficient under the assumption of linearity would result in low-accuracy prediction, and a machine learning method using a function that has non-linearity, such as a neural network, can perform high-accuracy prediction. Here, modeling means replacing the input-output relationship of a numerical operation with an equivalent functional form.

Желательно, чтобы количество блоков данных, необходимых для генерирования модели M прогнозирования овальности, равнялось 200 или большему количеству блоков данных, хотя оно варьируется в зависимости от условий, таких как размер стальной трубы, подлежащей изготовлению. Предпочтительно, должны использоваться 500 или больше блоков данных и более предпочтительно 2000 или больше блоков данных. Способ машинного обучения может быть известным способом обучения. Машинное обучение внедряется посредством использования, например, известного способа машинного обучения, такого как нейронная сеть, включая сюда глубокое обучение, сверточная нейронная сеть (CNN) и реккурентная нейронная сеть (RNN). Примеры других способов включают в себя дерево решений, случайный лес, регрессию на основе гауссовских процессов, регрессию опорных векторов и метод k-ближайших соседей. Кроме того, может использоваться единая модель, комбинирующая множество моделей. Несмотря на то, что модель M прогнозирования овальности генерируется в автономном режиме, блок 130 генерирования модели прогнозирования овальности может быть внедрен в систему регулирования в реальном режиме, и модель прогнозирования овальности может периодически обновляться, используя при необходимости базу данных, рассчитываемую и накапливаемую в автономном режиме.It is desirable that the number of data blocks required to generate the ovality prediction model M be 200 or more data blocks, although it varies depending on conditions such as the size of the steel pipe to be manufactured. Preferably, 500 or more data blocks should be used, and more preferably 2000 or more data blocks. The machine learning method may be a known learning method. Machine learning is implemented by using, for example, a known machine learning method such as a neural network, including deep learning, convolutional neural network (CNN), and recurrent neural network (RNN). Examples of other methods include decision tree, random forest, Gaussian process regression, support vector regression, and k-nearest neighbors. In addition, a single model combining multiple models can be used. Although the ovality prediction model M is generated offline, the ovality prediction model generation unit 130 can be implemented in the control system in real time, and the ovality prediction model can be periodically updated using the offline calculated and accumulated database as needed. .

Модель M прогнозирования овальности для стальной трубы после этапа экспандирования трубы, генерируемая, как описано выше, имеет следующие характеристики. На этапе U-формования инструмент для U-формования приходит в контакт с местом вблизи центрального участка стального листа в направлении ширины, и стальной лист S обрабатывается таким образом, чтобы он обертывался вокруг дальнего конца инструмента для U-формования. В этом случае изгибающий момент, прикладываемый к стальному листу, варьируется в зависимости от места контакта с инструментом для U-формования, что ведет к возникновению деформации гибки, имеющей распределение кривизны. Кроме того, форма дальнего конца инструмента для U-формования иногда может быть формой, в которой кривые, имеющие множество искривлений, соединяются, и в этом случае кривизна стального листа варьируется вдоль поверхности инструмента для U-формования. В контексте настоящего документа информация для установления формы дальнего конца инструмента для U-формования относится к информации о форме инструмента для U-формования.The ovality prediction model M for a steel pipe after the pipe expansion step generated as described above has the following characteristics. In the U-forming step, the U-forming tool comes into contact with a location near the center portion of the steel sheet in the width direction, and the steel sheet S is processed so that it is wrapped around the distal end of the U-forming tool. In this case, the bending moment applied to the steel sheet varies depending on the contact point with the U-forming tool, resulting in bending deformation having a curvature distribution. In addition, the shape of the distal end of the U-forming tool may sometimes be a shape in which curves having a plurality of curvatures are connected, in which case the curvature of the steel sheet varies along the surface of the U-forming tool. In the context of this document, information for establishing the shape of the distal end of the U-forming tool refers to information about the shape of the U-forming tool.

С другой стороны, когда к U-образной формованной заготовке на этапе O-формования прикладывается комбинированная деформация, включающая в себя сжатие и изгиб, момент изгиба, прикладываемый на этапе O-формования, распределяется в соответствии с локальным распределением кривизны в стальном листе на этапе U-формования сходным образом со случаем, где момент изгиба, действующий на деформируемый объект, именуемый «балкой с криволинейной осью», варьируется в зависимости от кривизны балки. Кроме того, на этапе O-формования деформация, именуемая «пластическим шарниром», при которой локально концентрируется деформация изгиба, может происходить на участке, имеющим большой момент изгиба. Кроме того, сжимающее усилие и момент изгиба, прикладываемые к U-образной формованной заготовке на этапе O-формования, различаются в зависимости от величины просвета на конце U-образной формованной заготовки в направлении ширины. При таких условиях деформированное состояние U-образной формованной заготовки на этапе O-формования является неодинаковым, и распределение кривизны в окружном направлении в открытой трубе, подвергнутой обработке, также является неодинаковым, что оказывает влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы.On the other hand, when a combined deformation including compression and bending is applied to a U-shaped workpiece in the O-forming step, the bending moment applied in the O-forming step is distributed according to the local curvature distribution in the steel sheet in the U step. -forming in a similar manner to the case where the bending moment acting on a deformable object, called a “beam with a curved axis,” varies depending on the curvature of the beam. In addition, during the O-forming step, a deformation called “plastic hinge”, which locally concentrates the bending strain, can occur in a region having a large bending moment. In addition, the compressive force and bending moment applied to the U-shaped preform in the O-forming step differ depending on the amount of clearance at the end of the U-shaped preform in the width direction. Under such conditions, the deformed state of the U-shaped workpiece in the O-forming step is not uniform, and the circumferential curvature distribution in the open pipe subjected to processing is also not uniform, which affects the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step.

Другими словами, поскольку состояние деформации стального листа на этапе O-формования варьируется в соответствии с распределением кривизны U-образной формованной заготовки, которая варьируется в зависимости от рабочих условий этапа U-формования, существует влияние на распределение кривизны в окружном направлении стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Причина, по которой оба рабочих параметра этапа U-формования и этапа O-формования используются в качестве входных параметров модели M прогнозирования овальности, состоит в том, что рабочие условия этапа U-формования и рабочие условия этапа O-формования оказывают комбинированное влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы.In other words, since the deformation state of the steel sheet in the O-forming step varies according to the curvature distribution of the U-shaped workpiece, which varies depending on the operating conditions of the U-forming step, there is an influence on the curvature distribution in the circumferential direction of the steel pipe after the expansion step pipes. The reason why both the operating parameters of the U-forming step and the O-forming step are used as the input parameters of the ovality prediction model M is that the operating conditions of the U-forming step and the operating conditions of the O-forming step have a combined effect on the ovality of the steel pipes after the pipe expansion stage.

Известно, что нагрузка на этапе экспандирования трубы пропорциональна толщине стенки трубы × предел текучести стальной трубы, и нагрузка (усилие экспандирования трубы) на этапе экспандирования трубы увеличивается в стальной трубе, имеющей большую толщину стенки трубы, или в стальном листе, имеющем высокий предел текучести. С другой стороны, прочность оснастки для экспандирования трубы имеет тенденцию к снижению в обратной пропорциональной зависимости от наружного диаметра инструмента для экспандирования трубы. Следовательно, когда наружный диаметр стальной трубы уменьшается, наружный диаметр инструмента для экспандирвания трубы, вставляемого в стальную трубу, также уменьшается, что ведет к снижению прочности оснастки. Кроме того, способность к уменьшению овальности стальной трубы на этапе экспандирования трубы имеет тенденцию к снижению, когда нагрузка на этапе экспандирования трубы приближается к прочности оснастки. Таким образом, достижение достаточного уменьшения овальности стальной трубы только с помощью этапа экспандирования трубы может представлять сложность. Следовательно, для уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы предпочтительным является оптимизация рабочих параметров, как этапа U-формования, так и этапа O-формования. С этой точки зрения необходимо включить в модель M прогнозирования овальности рабочие параметры обоих этапов в качестве входных данных.It is known that the load in the pipe expansion step is proportional to the pipe wall thickness × yield strength of the steel pipe, and the load (pipe expansion force) in the pipe expansion step increases in a steel pipe having a large pipe wall thickness or in a steel sheet having a high yield strength. On the other hand, the strength of the pipe expansion tool tends to decrease in inverse proportion to the outer diameter of the pipe expansion tool. Therefore, when the outer diameter of the steel pipe is reduced, the outer diameter of the pipe expansion tool inserted into the steel pipe is also reduced, resulting in a decrease in the strength of the tooling. In addition, the ability to reduce the ovality of a steel pipe in the pipe expansion stage tends to decrease when the load in the pipe expansion stage approaches the tooling strength. Thus, achieving a sufficient reduction in the ovality of a steel pipe using only a pipe expansion step may be difficult. Therefore, to reduce the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, it is preferable to optimize the operating parameters of both the U-forming step and the O-forming step. From this point of view, it is necessary to include the operating parameters of both stages as input into the ovality prediction model M.

В контексте настоящего документа способность к уменьшению овальности стальной трубы на этапе экспандирования трубы (именуемая способностью к экспандированию трубы) оценивается с помощью отношения прочности оснастки для экспандирования трубы к усилию экспандирования трубы (нагрузке при экспандировании трубы). Это отношение является показателем, отображающим запас прочности оснастки по отношению усилию, необходимому для экспандирования трубы, и чем больше указанная величина, тем выше способность к экспандированию трубы. Прочность оснастки для экспандирования трубы приблизительно обратно пропорциональна наружному диаметру стальной трубы, и нагрузка при экспандировании трубы пропорциональна толщине стенки трубы × предел текучести стальной трубы. Таким образом, способность к экспандированию трубы уменьшается в случае изготовления стальной трубы, имеющей небольшой диаметр, большую толщину стенки и высокую прочность. В качестве конкретного примера способности к экспандированию трубы на фиг. 12 и 13 показана взаимосвязь наружного диаметра, толщины стенки трубы и предела текучести применительно к оснастке, используемой для экспандирования стальной трубы, имеющей толщину стенки 50,8 мм, наружный диаметр 914,4 мм и верхнее предельное значение предела текучести 300 МПа. На фиг. 12 показан взаимосвязь толщины стенки трубы и способности к экспандированию трубы для каждого предела текучести стальной трубы, имеющей наружный диаметр 914,4 мм. Способность к экспандированию трубы уменьшается с увеличением толщины стенки трубы и уменьшается с увеличением предела текучести, когда толщина стенки трубы одинаковая. С этой точки зрения в настоящем варианте выполнения предел текучести стальной трубы предпочтительно составляет 400 – 800 МПа, и толщина стенки трубы предпочтительно составляет 19 – 55 мм. Более предпочтительно, предел текучести составляет 500 – 89 МПа, и толщина стенки трубы составляет 25 – 55 мм. На фиг. 13 показан график, на котором представлена взаимосвязь толщины стенки трубы и способности к экспандированию трубы для каждого наружного диаметра стальной трубы, имеющей предел текучести 300 МПа. Способность к экспандированию трубы уменьшается с увеличением толщины стенки трубы и уменьшается с уменьшением наружного диаметра при одинаковой толщине стенки трубы. С этой точки зрения в настоящем варианте выполнения наружный диаметр стальной трубы предпочтительно составляет 16 – 48 дюймов, и толщина стенки трубы составляет 12 – 55 мм. Более предпочтительно, наружный диаметр стальной трубы составляет 16 – 36 дюймов, и толщина стенки трубы составляет 19 – 55 мм.In the context of this document, the ability to reduce the ovality of a steel pipe in the pipe expansion step (referred to as pipe expansion ability) is evaluated by the ratio of the strength of the pipe expansion tool to the pipe expansion force (pipe expansion load). This ratio is an indicator that reflects the safety factor of the equipment in relation to the force required to expand the pipe, and the greater the specified value, the higher the ability to expand the pipe. The strength of pipe expansion tooling is approximately inversely proportional to the outer diameter of the steel pipe, and the pipe expansion load is proportional to the pipe wall thickness × yield strength of the steel pipe. Thus, the expandability of the pipe is reduced in the case of manufacturing a steel pipe having a small diameter, large wall thickness and high strength. As a specific example of the expandability of a pipe, FIG. 12 and 13 show the relationship between outer diameter, pipe wall thickness and yield strength for the tooling used to expand a steel pipe having a wall thickness of 50.8 mm, an outer diameter of 914.4 mm and an upper limit value of the yield strength of 300 MPa. In fig. 12 shows the relationship between pipe wall thickness and pipe expandability for each yield strength of a steel pipe having an outer diameter of 914.4 mm. The expandability of a pipe decreases with increasing pipe wall thickness and decreases with increasing yield strength when the pipe wall thickness is the same. From this point of view, in the present embodiment, the yield strength of the steel pipe is preferably 400 - 800 MPa, and the wall thickness of the pipe is preferably 19 - 55 mm. More preferably, the yield strength is 500 - 89 MPa, and the pipe wall thickness is 25 - 55 mm. In fig. 13 is a graph showing the relationship between pipe wall thickness and pipe expandability for each outer diameter of a steel pipe having a yield strength of 300 MPa. The expansion ability of the pipe decreases with increasing pipe wall thickness and decreases with decreasing outer diameter for the same pipe wall thickness. From this point of view, in the present embodiment, the outer diameter of the steel pipe is preferably 16 to 48 inches, and the wall thickness of the pipe is 12 to 55 mm. More preferably, the outer diameter of the steel pipe is 16 to 36 inches, and the pipe wall thickness is 19 to 55 mm.

Кроме того, модель M прогнозирования овальности предпочтительно включает в себя один или несколько параметров, выбранных из атрибутивной информации о стальном листе. В качестве атрибутивной информации о стальном листе, например, предел текучести и толщина имеют отклонение до определенной степени при изготовлении стального листа, используемого в качестве материала, и эти параметры влияют на кривизну при формовании стального листа и кривизну после снятия нагрузки при обработке посредством изгиба во время перемещения инструмента для U-формования. Другими словами, за счет использования параметра, который влияет на состояние деформации стального листа во время обработки посредством гибки, в качестве атрибутивной информации о стальном листе можно по отдельности учитывать влияние предела текучести и толщины на овальность для каждого материала. Кроме того, этап O-формования также является этапом прикладывания изгибающего усилия и сжимающего усилия с помощью матрицы и изменяет кривизну стального листа после снятия нагрузки в зависимости от предела текучести и толщины. Таким образом, предпочтительным является использование атрибутивной информации о стальном листе в качестве входного параметра модели M прогнозирования овальности.In addition, the ovality prediction model M preferably includes one or more parameters selected from attribute information of the steel sheet. As attribute information of the steel sheet, for example, the yield strength and thickness have deviation to a certain extent in the production of the steel sheet used as the material, and these parameters affect the curvature when forming the steel sheet and the curvature after releasing the load when processing by bending during movement of the U-forming tool. In other words, by using a parameter that influences the deformation state of the steel sheet during bending processing as attribute information of the steel sheet, the influence of yield strength and thickness on ovality for each material can be taken into account separately. In addition, the O-forming step is also a step of applying bending force and compressive force by a die, and changes the curvature of the steel sheet after the load is removed depending on the yield strength and thickness. Therefore, it is preferable to use the attribute information of the steel sheet as the input parameter of the ovality prediction model M.

С другой стороны, предпочтительным является включение одного или нескольких рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа экспандирования трубы, в качестве входных данных в состав модели M прогнозирования овальности. Более предпочтительно, коэффициент экспандирования трубы должен использоваться в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Причина также состоит в том, что на этапе изготовления UOE-стальной трубы с использованием в качестве материала листа из высокопрочной стали, коэффициент экспандирования трубы на этапе экспандирования трубы оказывает большое влияние на окончательную овальность изделия. Однако, в случае, когда коэффициент экспандирования трубы может быть задан только в узком диапазоне, что связано со способностью к экспандированию трубы оснастки для экспандирования трубы, диапазон, который может изменяться в качестве рабочего параметра, является узким, и, таким образом, коэффициент экспандирования трубы не должен быть обязательно включен во входные данные модели M прогнозирования овальности. On the other hand, it is preferable to include one or more operating parameters selected from the operating parameters of the pipe expansion step as input to the ovality prediction model M. More preferably, the pipe expansion ratio should be used as an operating parameter of the pipe expansion step. The reason is also that in the manufacturing stage of UOE steel pipe using high-strength steel sheet as the material, the expansion ratio of the pipe in the pipe expansion step has a great influence on the final ovality of the product. However, in the case where the pipe expansion ratio can only be set in a narrow range, which is related to the pipe expansion ability of the pipe expansion tool, the range that can be changed as an operating parameter is narrow, and thus the pipe expansion ratio does not necessarily need to be included in the input to the ovality prediction model M.

Кроме того, предпочтительным является включение одного или нескольких рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа C-формования, в качестве входных данных в состав модели M прогнозирования овальности. Причина состоит в том, что диапазон, в котором обработка посредством гибки применяется к стальному листу на этапе C-формования, ограничивается до места вблизи конца стального листа в направлении ширины, которое необязательно соответствует участку, на котором деформация гибки имеет место на этапе U-формования и этапе O-формования. Таким образом, точность прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы повышается за счет использования рабочих параметров на множестве этапов обработки формованием.It is further preferred to include one or more operating parameters selected from the operating parameters of the C-forming step as input to the ovality prediction model M. The reason is that the range in which bending processing is applied to the steel sheet in the C-forming step is limited to a location near the end of the steel sheet in the width direction, which does not necessarily correspond to the portion where bending deformation occurs in the U-forming step. and O-forming stage. Thus, the accuracy of predicting the ovality of a steel pipe after the pipe expansion step is improved by using operating parameters in multiple forming processing steps.

На фиг. 14 – 16 показаны примеры влияния рабочих условий этапа U-формования и этапа O-формования на овальность стального листа после этапа экспандирования трубы. Заданная стальная труба является стальной трубой Product Standard X 65 и имеет следующие размеры: наружный диаметр 911,8 мм × толщина стенки трубы 28,9 мм. На фиг. 14 показана схема результата измерения формы сечения стальной трубы перед этапом экспандирования трубы. Поскольку участок валика сварного шва является утолщенным, результат измерения исключен из чертежа. В качестве рабочих условий этап U-формования инструмент для U-формования, имеющий r боковой стороны пуансона, равный 178 мм (радиус кривизны участка боковой поверхности инструмента 22 для U-формования, показанный на фиг. 17), был выбран для выполнения обработки посредством формования. В этом случае, поскольку радиус кривизны участка боковой поверхности инструмента для U-формования меньше внутреннего радиуса стальной трубы, которая является изделием, сечение стальной трубы имеет форму с выступом в местах A1 и A2 стального листа при контакте с участком боковой поверхности инструмента для U-формования (рядом с направлением «четыре часа» и направлением «восемь часов» в сечении на фиг. 14). Кроме того, когда этап O-формования выполняется на стальном листе, имеющем такое состояние на этапе U-формования, локальная деформация изгиба концентрируется на части стального листа, что ведет к возникновению формы с локальным выступом из-за пластического шарнира в направлении «двух часов» (положение B) сечения стальной трубы, показанного на фиг. 14.In fig. 14 – 16 show examples of the influence of the operating conditions of the U-forming stage and the O-forming stage on the ovality of the steel sheet after the pipe expansion stage. The specified steel pipe is Product Standard X 65 steel pipe and has the following dimensions: outer diameter 911.8 mm × pipe wall thickness 28.9 mm. In fig. Figure 14 shows a diagram of the result of measuring the cross-sectional shape of a steel pipe before the pipe expansion stage. Since the weld bead section is thickened, the measurement result is excluded from the drawing. As the operating conditions of the U-forming step, a U-forming tool having a punch side r of 178 mm (the radius of curvature of the side surface portion of the U-forming tool 22 shown in FIG. 17) was selected to perform forming processing . In this case, since the radius of curvature of the side surface portion of the U-forming tool is smaller than the inner radius of the steel pipe that is the product, the section of the steel pipe is shaped with a protrusion at the positions A1 and A2 of the steel sheet in contact with the side surface portion of the U-forming tool (near the four o'clock direction and the eight o'clock direction in the section in Fig. 14). In addition, when the O-forming step is performed on a steel sheet having such a condition in the U-forming step, local bending deformation is concentrated on a portion of the steel sheet, resulting in a shape with a local protrusion due to the plastic hinge in the two o'clock direction. (position B) of the steel pipe section shown in FIG. 14.

Такой выступ, образованный на части стального листа в окружном направлении, может являться причиной увеличения овальности, именуемого пиковой величиной, после этапа экспандирования трубы. Как показано на фиг. 16, пиковая величина является показателем, определяемым расстоянием в сечении стальной трубы после этапа экспандирования трубы, между точкой выступания и точкой дуги P1, которая расположена в центре хорды, являющейся секцией, имеющей заданный размер (в данном случае 150 мм), и которая соответствует наружному диаметру стальной трубы, проходящему через наружную периферийную поверхность стальной трубы P и оба конца хорды. Здесь пиковая величина определяется как положительная, когда точка пиковой величины расположена на выступающей стороне дуги, соответствующей наружному диаметру стальной трубы, и как отрицательная, когда точка достижения максимума расположена на углубленной стороне дуги. Другими словами, когда пиковая величина равно 0, это означает, что точка расположена на дуге, соответствующей наружному диаметру стальной трубы, и, соответственно, чем меньше абсолютная пиковая величина на всей поверхности по наружной окружности стальной трубы, тем меньше овальность.Such a protrusion formed on a portion of the steel sheet in the circumferential direction may cause an increase in ovality, called peak value, after the pipe expansion step. As shown in FIG. 16, the peak value is an indicator determined by the distance in the section of the steel pipe after the pipe expansion stage, between the protrusion point and the arc point P1, which is located at the center of the chord, which is a section having a given size (in this case 150 mm), and which corresponds to the outer the diameter of the steel pipe passing through the outer peripheral surface of the steel pipe P and both ends of the chord. Here, the peak value is defined as positive when the peak value point is located on the protruding side of the arc corresponding to the outer diameter of the steel pipe, and as negative when the peak value point is located on the recessed side of the arc. In other words, when the peak value is 0, it means that the point is located on an arc corresponding to the outer diameter of the steel pipe, and accordingly, the smaller the absolute peak value over the entire outer circumference of the steel pipe, the smaller the ovality.

На фиг. 15 показан результат изучения пиковой величины после экспандирования стальной трубы, сфокусированный на трех выступах A1, A2 и B, показанных на фиг. 14. На фиг. 15 по горизонтальной оси откладываются величины коэффициента экспандирования трубы, который является рабочим параметром этапа экспандирования трубы, и по вертикальной си откладываются пиковая величина (Body PK). Как показано на фиг. 15, выступы A1 и A2, образующиеся на этапе U-формования, имеют незначительную тенденцию к уменьшению, когда коэффициент экспандирования трубы увеличивается, но уменьшение является небольшим. В отличие от этого, в выступе B, образующемся на этапе O-формования, пиковая величина имеет тенденцию к уменьшению с увеличением коэффициента расширения трубы. Как описано выше, форма сечения, образованная на этапе U-формования, и форма сечения, образованная на этапе O-формования, имеют отличающиеся характеристики уменьшения пиковой величины относительно коэффициента экспандирования трубы на этапе экспандирования трубы. Следовательно, для уменьшения овальности необходимо должным образом задавать отдельные рабочие условия на каждом этапе обработки формованием.In fig. 15 shows the result of studying the peak value after expansion of a steel pipe, focusing on the three protrusions A1, A2 and B shown in FIG. 14. In FIG. 15, the values of the pipe expansion coefficient, which is an operating parameter of the pipe expansion stage, are plotted along the horizontal axis, and the peak value (Body PK) is plotted along the vertical axis. As shown in FIG. 15, the projections A1 and A2 formed in the U-forming step have a slight tendency to decrease when the pipe expansion ratio increases, but the decrease is small. In contrast, in the protrusion B formed in the O-forming step, the peak value tends to decrease with increasing pipe expansion ratio. As described above, the section shape formed in the U-forming step and the section shape formed in the O-forming step have different peak amount reduction characteristics with respect to the pipe expansion ratio in the pipe expansion step. Therefore, to reduce ovality, it is necessary to properly set the individual operating conditions at each stage of the forming processing.

Модель прогнозирования овальности настоящего варианта выполнения может принимать во внимание влияние таких рабочих параметров множества этапов изготовления на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, что позволяет прогнозировать овальность с высокой точностью. Кроме того, поскольку генерируется модель прогнозирования овальности, обучаемая посредством машинного обучения, можно сразу же рассчитывать овальность на выходе, даже при изменении переменной, которая должна быть условием входа, что позволяет незамедлительно задавать и корректировать рабочие условия даже в случае использования в режиме реального времени. Ниже приведено описание каждого параметра, используемого для ввода данных для модели прогнозирования овальности.The ovality prediction model of the present embodiment can take into account the influence of such operating parameters of multiple manufacturing steps on the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, thereby allowing the ovality to be predicted with high accuracy. In addition, since an ovality prediction model trained by machine learning is generated, the output ovality can be immediately calculated even when the variable that should be the input condition changes, allowing operating conditions to be immediately set and adjusted even in real-time use. Below is a description of each parameter used to input data to the ovality prediction model.

Атрибутивная информация о стальном листеAttribute information about steel sheet

Пригодная атрибутивная информация о стальном листе, которая должна использоваться в качестве входных данных в модели M прогнозирования овальности, может быть любым параметром, оказывающим влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы; этот параметр может быть пределом текучести стального листа, пределом прочности при растяжении, модулем упругости при растяжении, толщиной, распределением толщины в плоскости листа, распределением предела текучести в направлении толщины стального листа, степенью эффекта Баушингера и шероховатостью поверхности. В частности, желательно использовать в качестве показателя фактор, оказывающий влияние на состояние деформации и пружинение при обработке посредством гибки на этапе U-формования, и фактор, оказывающий влияние на состояние деформации и пружинение стального листа при обработке посредством сжатия/гибки на этапе O-формования.Suitable attribute information of the steel sheet to be used as input to the ovality prediction model M can be any parameter that affects the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step; this parameter can be the yield strength of the steel sheet, tensile strength, tensile modulus of elasticity, thickness, thickness distribution in the plane of the sheet, yield strength distribution in the thickness direction of the steel sheet, degree of Bauschinger effect and surface roughness. In particular, it is desirable to use as an indicator the factor influencing the deformation state and springback during bending processing in the U-forming step and the factor influencing the deformation state and springback of the steel sheet during compression/bending processing in the O-forming step. .

Предел текучести стального листа, распределение предела текучести в направлении толщины стального листа и толщина листа оказывают прямое влияние на состояние напряжений и деформации при обработке посредством гибки. Предел прочности при растяжении является параметром, отображающим состояние деформационного упрочнения при обработке гибкой, и оказывает влияние на напряженное состояние во время деформации изгиба. Эффект Баушингера оказывает влияние на предел текучести и последующие характеристики деформационного упрочнения при реверсировании нагрузки из-за деформации изгиба и оказывает влияние на напряженное состояние из-за деформации изгиба. Кроме того, модуль упругости при растяжении стального листа оказывает влияние на характеристики пружинения после обработки посредством гибки. Кроме того, распределение толщины в плоскости листа изменяет распределение кривизны изгиба на этапе U-формования, и шероховатость поверхности оказывает влияние на состояние трения между матрицей и стальным листом на этапе O-формования, что влияет на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы.The yield strength of the steel sheet, the distribution of the yield strength in the thickness direction of the steel sheet, and the thickness of the sheet have a direct effect on the state of stress and strain during bending processing. Tensile strength is a parameter reflecting the strain hardening state during bending processing, and influences the stress state during bending deformation. The Bauschinger effect influences the yield strength and subsequent strain hardening characteristics during load reversal due to bending deformation and influences the stress state due to bending deformation. In addition, the tensile modulus of the steel sheet influences the springback characteristics after bending processing. In addition, the thickness distribution in the sheet plane changes the bending curvature distribution in the U-forming step, and the surface roughness affects the friction state between the die and the steel sheet in the O-forming step, which affects the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step.

Из этих блоков атрибутивной информации особенно предпочтительным является использование предела текучести, репрезентативной толщины листа, информации о распределении толщины листа и репрезентативной ширины листа. Указанные параметры соответствуют информации, измеряемой на этапе контроля качества прокатки толстого листа, который является этапом изготовления стального листа, используемого в качестве материала, и оказывают влияние на характеристики деформации на этапе U-формования и этапе O-формования, а также оказывают влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Кроме того, это связано с тем, что указанная информация является атрибутивной информацией, отображающей отклонение для каждого стального листа, используемого в качестве материала.Of these attribute information blocks, particularly preferred are the use of yield strength, representative sheet thickness, sheet thickness distribution information, and representative sheet width. The above parameters correspond to the information measured in the thick plate rolling quality control stage, which is the manufacturing stage of the steel sheet used as the material, and influence the deformation characteristics of the U-forming stage and O-forming stage, and also influence the ovality of the steel pipes after the pipe expansion stage. In addition, this is because the specified information is attribute information showing the deviation for each steel sheet used as a material.

Предел текучести соответствует информации, которая может быть получена из испытания на растяжение небольшого образца для обеспечения качества, взятого от толстого стального листа, используемого в качестве материала, и может быть репрезентативной величиной в плоскости стального листа, используемого в качестве материала. Кроме того, репрезентативная толщина листа является толщиной листа, представляющей толщину листа в плоскости стального листа, используемого в качестве материала, и может быть толщиной центрального участка в направлении ширины стального листа в произвольном месте в продольном направлении стального листа или средней величиной толщины листа в продольном направлении. Кроме того, средняя величина толщины листа по всей плоскости стального листа может использоваться в качестве репрезентативной толщины листа. Информация о распределении толщины относится к информации, представляющей распределение толщины в плоскости стального листа. Типичным примером является утолщение, встречающееся в стальном листе, которое представляет собой распределение толщины в направлении ширины стального листа. Утолщение представляет собой различие в толщине листа между центральным участком стального листа в направлении ширины и местом на удалении от конца стального листа в направлении ширины на заданном расстоянии (например, 100 мм, 150 мм и т.п.). Однако информация о распределении толщины листа до этого не ограничивается, и коэффициент приближенного выражения, полученный с помощью приближенного вычисления распределения толщины листа в направлении ширины с квадратичной или более высокой функцией, может использоваться в качестве информации о распределении толщины. Кроме того, распределение толщины в продольном направлении может использоваться вместо распределения толщины в направлении ширины стального листа. Такая репрезентативная толщина листа и информация о распределении толщины листа соответствуют данным, измеряемым с помощью толщиномера для измерения толщины листа во время этапа прокатки толстого листа, или данным, измеряемым на этапе проверки толстого стального листа.The yield strength corresponds to information that can be obtained from a tensile test of a small quality assurance specimen taken from a thick steel sheet used as a material, and may be a representative value in the plane of the steel sheet used as a material. In addition, the representative sheet thickness is a sheet thickness representing the sheet thickness in the plane of the steel sheet used as the material, and may be the thickness of the central portion in the width direction of the steel sheet at a random location in the longitudinal direction of the steel sheet or the average value of the sheet thickness in the longitudinal direction . In addition, the average value of the sheet thickness over the entire plane of the steel sheet can be used as a representative sheet thickness. Thickness distribution information refers to information representing the thickness distribution in the plane of the steel sheet. A typical example is the thickening found in a steel sheet, which is the thickness distribution in the width direction of the steel sheet. The thickening represents the difference in sheet thickness between a central portion of the steel sheet in the width direction and a location away from the end of the steel sheet in the width direction at a predetermined distance (for example, 100 mm, 150 mm, etc.). However, the sheet thickness distribution information is not limited to this, and the approximation coefficient obtained by approximating the sheet thickness distribution in the width direction with a quadratic or higher function can be used as the thickness distribution information. Moreover, the thickness distribution in the longitudinal direction can be used instead of the thickness distribution in the width direction of the steel sheet. Such representative sheet thickness and sheet thickness distribution information correspond to data measured by a thickness gauge for measuring sheet thickness during the thick sheet rolling step or data measured at the thick steel sheet inspection step.

Репрезентативная ширина листа является репрезентативной величиной, относящейся к ширине стального листа, используемого в качестве материала. Отклонение ширины толстого стального листа, используемого в качестве материала, оказывает влияние на отклонение точности наружного диаметра стальной трубы в виде изделия. Величина репрезентативной ширины может быть шириной в любом месте в продольном направлении стального листа или может быть средней величиной применительно к величинам ширины в продольном направлении.The representative sheet width is a representative value related to the width of the steel sheet used as the material. The deviation of the width of the thick steel sheet used as the material will affect the deviation of the outer diameter accuracy of the steel pipe as a product. The representative width value may be the width at any location in the longitudinal direction of the steel sheet or may be an average value of the longitudinal direction width values.

С другой стороны, на этапе O-формования, поскольку деформация гибки и выпрямления передается стальному листу, предпочтительным является использование информации, отображающей эффект Баушингера стального листа. Информация, которая может использоваться в качестве атрибутивной информации, отображающей эффект Баушингера, включает в себя уравнение состояния, выражающее взаимосвязь напряжения и деформации в стальном листе, отображающую эффект Баушингера, и величину параметра, определяющую уравнение состояния. Это связано с тем, что обеспечивается возможность определения механических свойств стального листа, таких как кинематическое упрочнение и изотропное упрочнение, и возможность отображения анизотропии предела текучести и т.п. в конечно-элементном анализе.On the other hand, in the O-forming step, since the bending and straightening deformation is transferred to the steel sheet, it is preferable to use information displaying the Bauschinger effect of the steel sheet. Information that can be used as attribute information representing the Bauschinger effect includes a state equation expressing the stress-strain relationship in the steel sheet representing the Bauschinger effect, and a parameter value defining the state equation. This is because it is possible to determine the mechanical properties of the steel sheet such as kinematic hardening and isotropic hardening, and to display the anisotropy of the yield strength and the like. in finite element analysis.

Рабочий параметр этапа C-формованияOperating parameter of C-forming step

Когда рабочие параметры этапа C-формования используются для ввода данных модели M прогнозирования овальности, параметр для определения формы, образуемой формующей поверхностью 13a верхней полуматрицы 13, и формы, образуемой формующей поверхностью 14a нижней полуматрицы 14, который используется в устройстве 30 придания заготовке C-образной формы, может использоваться в качестве рабочего параметра. Кроме того, также допускается использование в качестве рабочих параметров ширины при обработке посредством гибки концов (ширины, которая подвергается формованию при гибке концов) величины подачи, направления подачи и числа подач стального листа, усилия толкания (усилия при C-формовании) с помощью гидравлического цилиндра 16 и усилия захватывания зажимным механизмом на этапе C-формования. Это связано с тем, что указанные параметры являются факторами, оказывающими влияние на деформацию концов стального листа в направлении ширины на этапе C-формования.When the operating parameters of the C-forming step are used to input the ovality prediction model M, a parameter for determining the shape formed by the forming surface 13a of the upper half-die 13 and the shape formed by the forming surface 14a of the lower half-die 14, which is used in the C-shaped workpiece making apparatus 30 form, can be used as an operating parameter. In addition, it is also possible to use the feed amount, feed direction and feed number of the steel sheet, pushing force (C-forming force) by hydraulic cylinder as the operating parameters of end bending processing width (the width that is formed when bending ends). 16 and the gripping forces of the clamping mechanism during the C-forming step. This is because these parameters are factors affecting the deformation of the ends of the steel sheet in the width direction in the C-forming step.

Следует принять во внимание случаи, когда форма, образованная формующей поверхностью 13a верхней полуматрицы 13, является формой, имеющей дуги с множеством радиусов кривизны в непрерывной форме, или форма является эвольвентой или т.п., допускающей использование параметра для определения геометрической формы сечения. Например, когда форма сечения образуется параболической формой, форма сечения может определяться посредством использования коэффициентов члена первого порядка и члена второго порядка квадратичного выражения, представляющего параболу, проходящую через начало отсчета, и, таким образом, коэффициент может использоваться в качестве рабочего параметра для этапа C-формования.Cases should be taken into account where the shape formed by the forming surface 13a of the upper half-matrix 13 is a shape having arcs with multiple radii of curvature in a continuous shape, or the shape is an involute or the like, allowing a parameter to be used to determine the geometric shape of the section. For example, when the section shape is formed by a parabolic shape, the section shape can be determined by using the coefficients of the first order term and the second order term of the quadratic expression representing the parabola passing through the origin, and thus the coefficient can be used as an operating parameter for step C- molding

С другой стороны, в случае, когда предусматривается множество матриц для получения формы, образуемой формующей поверхностью 13a верхней полуматрицы 13, и матрицы соответствующим образом заменяются и используются согласно условиям, таким как наружный диаметр, толщина стенки и тип стальной трубы, подлежащей изготовлению, номер матрицы для определения матрицы, используемой на этапе C-формования, может использоваться в качестве рабочего параметра этапа C-формования.On the other hand, in the case where a plurality of dies are provided to obtain the shape formed by the forming surface 13a of the upper half-die 13, and the dies are suitably replaced and used according to conditions such as outer diameter, wall thickness and type of steel pipe to be manufactured, die number to determine the matrix used in the C-forming step, can be used as the operating parameter of the C-forming step.

Рабочие параметры этапа U-формованияOperating parameters of U-forming step

В настоящем варианте выполнения рабочий параметр для этапа U-формования используется для ввода данных модели M прогнозирования овальности. Рабочие параметры этапа U-формования могут включать в себя информацию о форме инструмента для U-формования (информацию для определения формы дальнего конца инструмента для U-формования), величину вдавливания при U-формовании, исходное расстояние между опорами при U-формовании и окончательное расстояние между опорами при U-формовании. Причина состоит в том, что указанные рабочие параметры оказывают большое влияние на характеристики деформации стального листа на этапе U-формования.In the present embodiment, the operating parameter for the U-forming step is used to input the ovality prediction model M data. The operating parameters of the U-forming step may include U-forming tool shape information (information for determining the shape of the distal end of the U-forming tool), the U-forming indentation amount, the initial U-forming support distance, and the final distance between supports in U-forming. The reason is that these operating parameters have a great influence on the deformation characteristics of the steel sheet in the U-forming step.

Как указано выше, величина вдавливания при U-формовании, исходное расстояние между опорами при U-формовании и окончательное расстояние между опорами при U-формовании являются рабочими параметрами, которые могут определяться в качестве представления формы деформации, прикладываемой к стальному листу, как в устройстве Kaiser для придания заготовке U-образной формы, так и в устройстве Verson для придания заготовке U-образной формы. Однако для каждого устройства допускается использование параметров, которые оказывают косвенное влияние на указанные параметры. Например, могут использоваться угол открывания связующего звена 29 и информация о положении блока 27 скольжения в устройстве Kaiser для придания заготовке U-образной формы. Причина состоит в том, что эти параметры являются рабочими параметрами, которые могут быть косвенно связаны с одним из параметров, к которым относятся величина вдавливания при U-формовании, исходное расстояние между опорами при U-формовании и окончательное расстояние между опорами при U-формовании.As stated above, the U-forming indentation amount, the initial U-forming support distance and the final U-forming support distance are operating parameters that can be determined as representing the form of deformation applied to the steel sheet, as in the Kaiser device to give the workpiece a U-shape, and in the Verson device to give the workpiece a U-shape. However, for each device it is possible to use parameters that have an indirect effect on the specified parameters. For example, the opening angle of the link 29 and information about the position of the slide block 27 in the Kaiser device may be used to shape the workpiece into a U-shape. The reason is that these parameters are operating parameters that can be indirectly related to one of the parameters, which include the U-forming indentation amount, the initial U-forming support distance, and the final U-forming support distance.

Используемый инструмент для U-формования может быть инструментом, имеющим форму, показанную, например, на фиг. 17. Форма инструмента 22 для U-формования, показанная на фиг. 17, является формой, полученной посредством придания указанному инструменту формы дуги, имеющей радиус R в диапазоне угла φ от заданной центральной точки на участке, приходящим в контакт с инструментом 22 для U-формования во время вдавливания в стальной лист, и посредством придания формы участку боковой поверхности, имеющей радиус r и плавно соединенной с формой дуги с радиусом R дальнего конца на участке, на котором стальной лист приходит в контакт с ограничительным валком. В этом случае форма инструмента 22 для U-формования определяется тремя параметрами, а именно, углом φ, радиусом R дальнего конца (нижний R) и боковым радиусом (боковой r). Таким образом, параметр для определения формы дальнего конца инструмента для U-формования относится к информации о форме инструмента для U-формования. Однако в случае, когда предусмотрено множество инструментов для U-формования, имеющих отличающиеся формы дальнего конца согласно таким параметрам, как наружный диаметр, толщина и тип стали, из которой изготавливается стальная труба, в качестве рабочего параметра этапа U-формования для определения используемого инструмента для U-формования может использоваться номер инструмента для U-формования.The U-forming tool used may be a tool having the shape shown, for example, in FIG. 17. The shape of the U-forming tool 22 shown in FIG. 17 is a shape obtained by shaping said tool into an arc having a radius R within a range of angle φ from a predetermined center point in a portion coming into contact with the U-forming tool 22 while pressing into the steel sheet, and by shaping the portion sideways a surface having a radius r and smoothly connected to an arc shape with a radius R of the distal end at a portion where the steel sheet comes into contact with the stop roller. In this case, the shape of the U-forming tool 22 is determined by three parameters, namely, the angle φ, the distal end radius R (bottom R), and the side radius (side r). Thus, the parameter for determining the shape of the distal end of the U-forming tool refers to information about the shape of the U-forming tool. However, in the case where a plurality of U-forming tools are provided having different distal end shapes according to parameters such as the outer diameter, thickness and type of steel from which the steel pipe is made, as an operating parameter of the U-forming step to determine the tool to be used for U-forming can use the tool number for U-forming.

Рабочие параметры этапа O-формованияOperating parameters of O-forming step

В настоящем варианте выполнения рабочий параметр этапа O-формования используется для ввода данных в модель M прогнозирования овальности. Используемые рабочие параметры этапа O-формования включают в себя величину вдавливания при O-формовании, место вдавливания при O-формовании и R матрицы при O-формовании. В частности, предпочтительным является использование величины вдавливания при O-формовании. Это связано с тем, что увеличение значения вдавливания при O-формовании привело бы к состоянию, в котором область между местом, где стальная труба воспринимает удерживающее усилие формования от верхней полуматрицы, и местом, где стальная труба удерживается нижней полуматрицей, главным образом, вблизи участков «трех часов» и «девяти часов» стальной трубы, не ограничивалась бы до области, где концентрировались бы деформации изгиба и сжатия. Эта область будет иметь увеличенную кривизну, что оказывает влияние на окончательную овальность. В данном случае величина вдавливания при O-формовании, место вдавливания при O-формовании и R матрицы при O-формовании являются информацией, необходимой для управления устройством для придания заготовке O-образной формы, и соответствуют заданным величинам, которые задаются главным компьютером.In the present embodiment, the operating parameter of the O-forming step is used to input data into the ovality prediction model M. The operating parameters of the O-forming step used include the O-forming indentation amount, the O-forming indentation location, and the R of the O-forming die. In particular, it is preferable to use an indentation amount in O-forming. This is because increasing the indentation value in O-forming would lead to a condition in which the area between the place where the steel pipe receives the forming holding force from the upper half-die and the place where the steel pipe is held by the lower half-die is mainly near areas "three o'clock" and "nine o'clock" steel pipes would not be limited to the area where bending and compression strains would be concentrated. This area will have increased curvature, which will affect the final ovality. Here, the O-forming indentation amount, the O-forming indentation location, and the O-forming die R are information necessary for controlling the apparatus for O-shaping the workpiece, and correspond to predetermined values that are set by the host computer.

Рабочие параметры этапа экспандирования трубыOperating parameters of the pipe expansion stage

Когда рабочие параметры этапа экспандирования трубы используются для ввода данных в модель M прогнозирования овальности, коэффициент экспандирования трубы может использоваться в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Чем больше коэффициент экспандирования трубы, тем в большей степени уменьшается овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, но используется величина, равная или меньше заданной верхней предельной величины. Поскольку коэффициент экспандирования трубы является информацией, необходимой для регулирования устройства экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы соответствует установленному значению, задаваемому главным компьютером. В качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы в добавление к коэффициенту экспандирования трубы могут использоваться количество сегментов для экспандирования трубы и диаметр сегментов для экспандирования трубы.When the operating parameters of the pipe expansion step are used to input data into the ovality prediction model M, the pipe expansion ratio can be used as the operating parameter of the pipe expansion step. The larger the pipe expansion ratio, the more the ovality of the steel pipe is reduced after the pipe expansion step, but a value equal to or less than the predetermined upper limit value is used. Since the pipe expansion ratio is information necessary for adjusting the pipe expansion device, the pipe expansion ratio corresponds to the set value set by the host computer. As an operating parameter of the pipe expansion step, in addition to the pipe expansion ratio, the number of pipe expansion segments and the diameter of the pipe expansion segments can be used.

Способ прогнозирования овальности стальной трубыMethod for predicting ovality of steel pipe

Ниже приведено описание способа прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.Below is a description of a method for predicting the ovality of a steel pipe according to an embodiment of the present invention.

Способ прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения является способом прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, используя модель M прогнозирования овальности, генерируемую, как описано выше, при обработке в режиме реального времени в процессе изготовления стальной трубы. Перед прогнозированием овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы набор данных рабочего условия, которые должны быть заданы в качестве рабочего условия процесса изготовления стальной трубы, собирается в режиме реального времени (этап получения рабочих параметров). Это этап получения необходимых данных от главного компьютера, который выполняет общее управление процессом изготовления стальной трубы, или от отдельного управляющего компьютера на этапе обработки формованием в качестве набора данных рабочего условия, который соответствует входным данным для модели прогнозирования овальности, генерируемой, как описано выше. Здесь термин «в режиме реального времени» означает продолжительность группы этапов изготовления от момента времени перед началом этапа изготовления стальной трубы до завершения этапа экспандирования трубы. Таким образом, обработка необязательно должна заключаться в выполнении любого из этапов обработки формованием. В настоящем варианте выполнения период ожидания во время транспортирования стального листа на следующий этап между каждыми двумя этапами обработки формованием также относится к «режиму реального времени». Кроме того, период перед началом этапа изготовления стальной трубы и после завершения этапа прокатки толстого листа при изготовлении стального листа, используемого в качестве материала, также может быть отнесен к «режиму реального времени». Это связано с тем, что по завершении этапа прокатки толстого листа при изготовлении стального листа, используемого в качестве материала, может быть получен набор данных рабочего условия, которые должны быть введены в модель прогнозирования овальности настоящего изобретения.The method for predicting the ovality of a steel pipe according to an embodiment of the present invention is a method for predicting the ovality of a steel pipe after a pipe expansion step using the ovality prediction model M generated as described above by real-time processing in the steel pipe manufacturing process. Before predicting the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, a set of operating condition data to be set as the operating condition of the steel pipe manufacturing process is collected in real time (operating parameter acquisition step). This is the step of obtaining the necessary data from the host computer that performs the overall control of the steel pipe manufacturing process, or from the separate control computer in the forming processing step, as a set of operating condition data that corresponds to the input data for the ovality prediction model generated as described above. Here, the term “real time” means the duration of a group of manufacturing steps from the time before the start of the steel pipe manufacturing step to the completion of the pipe expansion step. Thus, the processing does not necessarily involve performing any of the molding processing steps. In the present embodiment, the waiting period during transport of the steel sheet to the next stage between every two stages of forming processing also refers to “real time”. In addition, the period before starting the steel pipe manufacturing step and after completing the thick sheet rolling step in manufacturing the steel sheet used as a material can also be referred to as “real time”. This is because upon completion of the thick plate rolling step in the production of the steel sheet used as the material, a set of operating condition data can be obtained to be input into the ovality prediction model of the present invention.

Как описано выше, используя модель прогнозирования овальности, генерируемую на этапе генерирования модели прогнозирования овальности, используя набор данных рабочего условия, получаемый на этапе получения рабочих параметров в качестве входных данных, можно прогнозировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, соответствующую набору входных данных рабочих условий (этап прогнозирования овальности). С помощью указанного способа можно подтвердить, являются ли условия изготовления соответствующими на отдельных этапах изготовления стальной трубы, которые включают в себя: этап U-формования при выполнении обработки посредством формования стальной трубы для получения U-образной формованной заготовки посредством формования с помощью инструмента для U-формования; этап O-формования для уменьшения участка зазора под сварку U-образной формованной заготовки, и выполнение обработки посредством формования стальной трубы для получения открытой трубы; и последующий этап экспандирования трубы, состоящий из предварительного соединения концов открытой трубы друг с другом и затем экспандирования стальной трубы, в которой концы соединены друг с другом. Рабочие условия этапа U-формования и этапа O-формования оказывают комбинированное влияние на овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы, и существует возможность количественной оценки влияния этих факторов на овальность изделия. Кроме того, в соответствии с моделью M прогнозирования овальности, использующей атрибутивную информацию о стальном листе, используемом в качестве материала, даже когда имеет место отклонение в атрибутивной информации о стальном листе на предыдущем этапе, существует возможность количественной оценки влияния этих факторов на овальность изделия. Это позволяет прогнозировать отклонения овальности стальной трубы в качестве изделия на основании фактических отклонений в атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала, что ведет к обеспечению изменения рабочих условий на этапе U-формования и этапе O-формования, принимая во внимание такие отклонения в материале.As described above, using the ovality prediction model generated in the ovality prediction model generation step, using the operating condition data set obtained in the operating parameter acquisition step as input, it is possible to predict the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step corresponding to the operating condition input data set. (ovality prediction stage). Using this method, it is possible to confirm whether the manufacturing conditions are appropriate in the individual steps of steel pipe manufacturing, which include: a U-forming step in performing steel pipe forming processing to obtain a U-shaped shaped workpiece by forming with a U-tool molding; an O-forming step for reducing a weld gap portion of the U-shaped workpiece, and performing processing by forming a steel pipe to obtain an open pipe; and a subsequent pipe expansion step of first connecting the ends of the open pipe to each other and then expanding the steel pipe in which the ends are connected to each other. The operating conditions of the U-forming step and the O-forming step have a combined effect on the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, and it is possible to quantify the influence of these factors on the ovality of the product. In addition, according to the ovality prediction model M using the attribute information of the steel sheet used as the material, even when there is a deviation in the attribute information of the steel sheet in the previous step, it is possible to quantify the influence of these factors on the ovality of the product. This makes it possible to predict the ovality deviations of steel pipe as a product based on the actual deviations in the attribute information of the steel sheet used as a material, which leads to ensuring that the operating conditions in the U-forming step and O-forming step are changed, taking into account such deviations in material.

Способ регулирования овальности стальной трубыMethod for regulating the ovality of steel pipe

Ниже со ссылкой на фиг. 18 приведено описание способа регулирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.Below with reference to FIG. 18 is a description of a method for adjusting the ovality of a steel pipe according to an embodiment of the present invention.

В настоящем варианте выполнения овальность стальной трубы регулируется следующим образом, используя способ прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, используя модель M прогнозирования овальности стальной трубы. Сначала выбирается намеченный для внесения изменений этап из множества этапов обработки посредством формования, составляющих этап изготовления стальной трубы. Далее, перед началом намеченного для внесения изменений этапа прогнозируется овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы с помощью модели M прогнозирования овальности. Затем выполняется изменение одного или нескольких рабочих параметров, выбранных, по меньшей мере, из рабочих параметров намеченного для внесения изменений этапа или одного или нескольких рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа обработки посредством формования на стороне выхода с намеченного для внесения изменений этапа для уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы.In the present embodiment, the ovality of the steel pipe is adjusted as follows using a steel pipe ovality prediction method after the pipe expansion step using the steel pipe ovality prediction model M. First, the target step for modification is selected from the plurality of molding processing steps that comprise the steel pipe manufacturing step. Next, before starting the modification step, the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step is predicted using the ovality prediction model M. A change is then made to one or more operating parameters selected from at least the operating parameters of the target change step or one or more operating parameters selected from the operating parameters of the exit side molding step from the target change step to reduce ovality steel pipe after the pipe expansion stage.

Здесь множество этапов для обработки посредством формования, составляющих процесс изготовления стальной трубы, относятся к этапу C-формования, этапу U-формования, этапу O-формования и этапу экспандирования трубы, которые являются этапами прикладывания пластической деформации к стальному листу для его формования в предварительно заданной форме. Что касается намеченного для внесения изменений этапа, то из этих этапов обработки посредством формования выбирается определенный этап. Перед выполнением обработки посредством формования на выбранном намеченном для внесения изменений этапе прогнозируется овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы с помощью модели M прогнозирования овальности для стальной трубы. Формование стального листа завершается на этапе формования на стороне входа на намеченный для внесения изменений этап, и, таким образом, когда на стороне входа должны использоваться рабочие параметры этапа обработки посредством формования, реальные данные для рабочих параметров могут использоваться для ввода данных в модель M прогнозирования овальности. В отличие от этого реальные рабочие данные не могут быть собраны на этапах обработки посредством формования на стороне выхода, включая сюда намеченный для внесения изменений этап, и, таким образом, величина, предварительно заданная в главном компьютере или т.п., используется для ввода данных в модель M прогнозирования овальности для стальной трубы. Таким образом, для заданного материала может быть спрогнозирована овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы.Here, the plurality of steps for forming processing constituting the steel pipe manufacturing process refers to the C-forming step, U-forming step, O-forming step and pipe expansion step, which are steps of applying plastic deformation to a steel sheet to form it at a predetermined form. As for the stage intended for making changes, a certain stage is selected from these molding processing stages. Before performing the forming processing at the selected modification step, the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step is predicted using the ovality prediction model M for the steel pipe. The forming of the steel sheet is completed in the forming step on the entry side to the target stage for making changes, and thus, when the operating parameters of the forming processing step are to be used on the entry side, the actual data for the operating parameters can be used to input data into the ovality prediction model M . In contrast, actual operating data cannot be collected from the output-side molding processing steps including the change target step, and thus a value preset in the host computer or the like is used for data input into the ovality prediction model M for steel pipe. Thus, for a given material, the ovality of a steel pipe after the pipe expansion stage can be predicted.

В дальнейшем выполняется определение в отношении того, соответствует ли овальность, спрогнозированная в качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, овальности готового изделия. С помощью этой операции, когда полученная овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы меньше спрогнозированной величины, можно выполнять изменение рабочих условий на намеченном для внесения изменений этапе и этапе обработки посредством формования на стороне выхода намеченного для внесения изменений этапа. Здесь рабочий параметр, подлежащий изменению, может быть рабочим параметром на намеченном для внесения изменений этапе или рабочим параметром на этапах обработки посредством формования на стороне выхода с намеченного для внесения изменений этапа. Рабочий параметр этапа обработки посредством формования, пригодный для изменения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, предпочтительно будет выбираться согласно разнице между прогнозируемой овальностью и овальностью готового изделия. Кроме того, допускается изменять оба рабочих параметра на намеченном для внесения изменений этапе и рабочие параметры на определенном этапе обработки посредством формования на выходе с намеченного для внесения изменений этапа. Это связано с тем, что овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы может эффективно изменяться при большой разнице между прогнозируемой овальностью и овальностью готового изделия. Кроме того, допускается изменять оба рабочих параметра на намеченном для внесения изменений этапе и рабочие параметры на определенном этапе обработки посредством формования на выходе с намеченного для внесения изменений этапа. Это связано с тем, что овальность стального листа после этапа экспандирования трубы может быть эффективно изменена, когда существует большое различие между прогнозируемой овальностью и овальностью готового изделия.Subsequently, a determination is made as to whether the ovality predicted as the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step matches the ovality of the finished product. With this operation, when the obtained ovality of the steel pipe after the pipe expansion step is less than the predicted value, it is possible to carry out a change in the operating conditions in the change-targeted step and the processing step by forming on the output side of the change-targeted step. Here, the operating parameter to be changed may be an operating parameter in the change-targeted step or an operating parameter in the downstream-side molding processing steps of the change-targeted step. An operating parameter of the forming processing step suitable for changing the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step will preferably be selected according to the difference between the predicted ovality and the ovality of the finished product. In addition, it is possible to change both operating parameters at the target stage and operating parameters at a certain processing stage by molding at the exit from the target stage. This is because the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step can effectively change with a large difference between the predicted ovality and the ovality of the finished product. In addition, it is possible to change both operating parameters at the target stage and operating parameters at a certain processing stage by molding at the exit from the target stage. This is because the ovality of the steel sheet after the pipe expansion step can be effectively changed when there is a large difference between the predicted ovality and the ovality of the finished product.

В табл. 1 приведены примеры этапа обработки посредством формования, выбранного в качестве намеченного для внесения изменений этапа и этапа обработки посредством формования, в котором рабочие параметры могут изменяться соответственно. В случае 1 этап C-формования выбран в качестве намеченного для внесения изменений этапа в процессе изготовления стальной трубы, включающего в себя этап C-формования. Перед началом этапа C-формования овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы прогнозируется с помощью заданных величин рабочих параметров на этапе обработки посредством формования, включающем в себя этап U-формования и этап O-формования. Когда прогнозируемая овальность большая, существует возможность изменения произвольного рабочего параметра на каждом этапе обработки посредством формования, а именно, этапе C-формования, этапе U-формования, этапе O-формования и этапе экспандирования трубы. Рабочие параметры, подлежащие изменению, не ограничиваются до рабочих параметров этапа C-формования и также могут быть рабочими параметрами других этапов обработки посредством формования. Когда атрибутивная информация о стальном листе включена в состав входных данных для модели M прогнозирования овальности, реальные данные, включающие в себя измеренную величину и т.п., относящиеся к атрибутивной информации о стальном листе, могут использоваться для входных данных перед началом этапа C-формования, который является намеченным для внесения изменений этапом.In table 1 shows examples of a molding processing step selected as the target step for making changes and a molding processing step in which operating parameters can be changed accordingly. In case 1, the C-forming step is selected as the target step for making changes in the steel pipe manufacturing process including the C-forming step. Before the start of the C-forming step, the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step is predicted by the set values of operating parameters in the forming processing step including the U-forming step and the O-forming step. When the predicted ovality is large, it is possible to change an arbitrary operating parameter at each forming processing step, namely, the C-forming step, the U-forming step, the O-forming step, and the pipe expansion step. The operating parameters to be changed are not limited to the operating parameters of the C-forming step, but may also be the operating parameters of other molding processing steps. When the attribute information of the steel sheet is included in the input data for the ovality prediction model M, real data including a measured value and the like related to the attribute information of the steel sheet can be used as the input data before starting the C-forming step , which is the target stage for making changes.

В случаях 2 и 3 можно выбирать намеченный для внесения изменений этап и рабочие параметры, подлежащие изменению согласно идее, сходной со случаем 1. Случай 4 является случаем, где этап экспандирования трубы задается в качестве намеченного для внесения изменений этапа. Перед началом этапа экспандирования трубы овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы прогнозируется с использованием модели M прогнозирования овальности. В этом случае, по меньшей мере, реальные рабочие данные на этапе U-формования и этапе O-формования могут использоваться для ввода данных в модель M прогнозирования овальности. Кроме того, также допускается использовать реальные данные из атрибутивной информации о стальном листе или реальные рабочие данные на этапе C-формования. Таким образом, прогнозируемая овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы сравнивается с овальностью готового изделия, и при уменьшении овальности изменяется рабочий параметр на этапе экспандирования трубы. Предпочтительным является использование коэффициента экспандирования трубы в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы, подлежащего изменению. Следует отметить, что величина изменения от исходной заданной величины коэффициента экспандирования трубы, подлежащего изменению, может быть задана на основании обретения опыта. Однако, когда входные данные модели M прогнозирования овальности включают в себя коэффициент экспандирования трубы этапа экспандирования трубы, овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы может быть спрогнозирована повторно, используя повторно заданную величину коэффициента экспандирования трубы в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и может быть определено соответствие условий для внесения изменений.In Cases 2 and 3, it is possible to select the step to be changed and the operating parameters to be changed according to a similar idea to Case 1. Case 4 is a case where the pipe expansion step is set as the step to be changed. Before the pipe expansion stage starts, the ovality of the steel pipe after the pipe expansion stage is predicted using the ovality prediction model M. In this case, at least the actual operating data in the U-forming step and the O-forming step can be used to input data into the ovality prediction model M. In addition, it is also possible to use real data from steel sheet attribute information or real operating data in the C-forming step. Thus, the predicted ovality of the steel pipe after the pipe expansion stage is compared with the ovality of the finished product, and as the ovality decreases, the operating parameter at the pipe expansion stage changes. It is preferable to use the pipe expansion ratio as the operating parameter of the pipe expansion step to be changed. It should be noted that the amount of change from the original set value of the pipe expansion ratio to be changed can be set based on experience. However, when the input data of the ovality prediction model M includes the pipe expansion coefficient of the pipe expansion step, the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step can be re-predicted using the re-set value of the pipe expansion factor as the input to the ovality prediction model M, and can the compliance of the conditions for making changes will be determined.

Таблица 1Table 1

ПримерExample Намеченный для внесения изменений этапTarget stage for making changes Этап C-формованияC-molding stage Этап U-формованияU-forming stage Этап O-формованияO-forming stage Этап экспандирования трубыPipe expansion stage 11 Этап C-формования C-molding stage 22 Этап U-формования U-forming stage -- 33 Этап O-формования O-forming stage -- -- 44 Этап экспандирования трубыPipe expansion stage -- -- --

- этап обработки посредством формования, для которого рабочий параметр может быть изменен. - a processing step by molding for which the operating parameter can be changed.

Ниже со ссылкой на фиг. 18 приведено описание способа регулирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения. Пример, показанный на фиг. 18, является случаем, где этап O-формования был выбран в качестве намеченного для внесения изменений этапа, этап U-формования был завершен, и формованная заготовка U-образной формы была передана на этап O-формования. Реальные рабочие данные на этапе U-формования передаются в блок 140 изменения рабочих условий. Реальные рабочие данные могут передаваться по сети от управляющего компьютера, предусмотренного на каждом устройстве для обработки посредством формования (устройстве, которое выполняет этап обработки посредством формования). Однако данные могут сразу же передаваться от управляющего компьютера каждого устройства для обработки посредством формования на главный компьютер 150, который выполняет общее управление процессом изготовления стальной трубы, после чего данные передаются от главного компьютера 150 в блок 140 изменения рабочих условий. Кроме того, данные, подлежащие передаче в блок 140 изменения рабочих условий, являются реальными данными, относящимися к атрибутивной информации о стальном листе, передаваемой при необходимости от главного компьютера 150. В случае, когда стальной лист подвергается этапу предварительной обработки, часть атрибутивной информации о стальном листе корректируется с помощью реальных рабочих данных на этапе предварительной обработки и затем откорректированная информация передается в блок 140 изменения рабочих условий. Например, в случае, когда ширина стального листа, используемого в качестве материала, изменяется на этапе предварительной обработки, ширина из атрибутивной информации о стальном листе корректируется согласно ширине после этапа предварительной обработки. Кроме того, реальные рабочие данные на этапе C-формования также могут передаваться при необходимости. Заданные величины рабочих параметров этапа O-формования и этапа экспандирования трубы, которые являются этапами обработки посредством формования на стороне выхода с намеченного для внесения изменений этапа, и намеченного для внесения изменений этапа, передаются от управляющего компьютера каждого устройства для обработки посредством формования в блок 140 изменения рабочих условий. Однако, когда заданные величины рабочих параметров на этапе O-формования и этапе экспандирования трубы хранятся в главном компьютере 150, заданные величины могут передаваться от главного компьютера 150 в блок 140 изменения рабочих условий. Следует отметить, что заданная величина овальности, определяемая согласно техническим условиям на готовую стальную трубу, передается от главного компьютера 150 в блок 140 изменения рабочих условий.Below with reference to FIG. 18 is a description of a method for adjusting the ovality of a steel pipe according to an embodiment of the present invention. The example shown in FIG. 18 is a case where the O-forming step was selected as the target step for making changes, the U-forming step was completed, and the U-shaped preform was transferred to the O-forming step. The actual operating data in the U-forming step is transmitted to the operating condition changing unit 140. The actual operating data may be transmitted over a network from a control computer provided on each molding processing device (device that performs the molding processing step). However, the data may be immediately transmitted from the control computer of each forming processing apparatus to the main computer 150, which performs general control of the steel pipe manufacturing process, after which the data is transmitted from the main computer 150 to the operating condition changing unit 140. In addition, the data to be transmitted to the operating condition changing unit 140 is real data related to steel sheet attribute information transmitted as needed from the host computer 150. In the case where the steel sheet is subjected to the preprocessing step, part of the steel sheet attribute information the sheet is adjusted using the actual operating data at the pre-processing stage, and then the adjusted information is transmitted to the operating condition changing unit 140. For example, in the case where the width of the steel sheet used as the material is changed in the preprocessing step, the width from the attribute information of the steel sheet is adjusted according to the width after the preprocessing step. In addition, the actual operating data in the C-forming step can also be transferred if necessary. The set values of the operating parameters of the O-forming step and the pipe expansion step, which are the output-side forming processing steps of the modification-targeted stage and the modification-targeted stage, are transmitted from the control computer of each molding processing device to the modification unit 140 working conditions. However, when the set values of the operating parameters in the O-forming step and the pipe expansion step are stored in the main computer 150, the set values can be transmitted from the main computer 150 to the operating condition changing unit 140. It should be noted that the predetermined ovality value determined according to the specifications for the finished steel pipe is transmitted from the main computer 150 to the operating condition changing unit 140.

Блок 140 изменения рабочих условий прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы на основании указанных блоков информации, используя модель M прогнозирования овальности в реальном режиме времени, и сравнивает прогнозируемую овальность (прогнозируемую величину овальности) с заданной овальностью (заданной величиной овальности). Когда прогнозируемая величина овальности меньше заданной величины овальности, блок 140 изменения рабочих условий определяет рабочие условия оставшихся этапов обработки посредством формования без изменения заданных величин рабочих условий этапа U-формования, этапа O-формования и этапа экспандирования трубы и обеспечивает изготовление стальной трубы. И, наоборот, когда прогнозируемая величина овальности больше заданной величины овальности, блок 140 изменения рабочих условий изменяет, по меньшей мере, рабочее условие этапа O-формования или рабочее условие этапа экспандирования трубы. В частности, может быть изменена величина вдавливания при O-формовании и т.п. на этапе O-формования. Кроме того, может быть изменен коэффициент экспандирования трубы на этапе экспандирования трубы. Кроме того, могут быть изменены величина вдавливания при O-формовании и коэффициент экспандирования трубы.The operating condition changing unit 140 predicts the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step based on these blocks of information using the real-time ovality prediction model M, and compares the predicted ovality (predicted ovality value) with the target ovality (predetermined ovality value). When the predicted ovality value is smaller than the predetermined ovality value, the operating condition changing unit 140 determines the operating conditions of the remaining processing steps by forming without changing the set values of the operating conditions of the U-forming step, the O-forming step and the pipe expansion step, and produces the steel pipe. Conversely, when the predicted ovality amount is larger than the predetermined ovality amount, the operating condition changing unit 140 changes at least the operating condition of the O-forming step or the operating condition of the pipe expansion step. In particular, the amount of indentation in O-forming and the like can be changed. at the O-forming stage. In addition, the pipe expansion ratio can be changed during the pipe expansion step. In addition, the O-forming indentation amount and the pipe expansion ratio can be changed.

Блок 140 изменения рабочих условий может повторно выполнять прогнозирование овальности, используя измененные таким путем рабочие параметры в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, подтверждать, меньше ли прогнозируемая овальность, чем заданная величина овальности, и определять измененную величину рабочих условий этапа O-формования и этапа экспандирования трубы. Измененные рабочие условия этапа O-формования и этапа экспандирования трубы передаются в отдельные управляющие компьютеры, после чего определяются рабочие условия этапа O-формования и этапа экспандирования трубы. Посредством многократного повторного выполнения определения овальности в блоке 140 изменения рабочих условий соответствующие рабочие условия этапа O-формования и этапа экспандирования трубы могут быть заданы, даже когда задана строгая заданная величина овальности, что позволяет изготавливать стальную трубу с дополнительно уменьшенной овальностью. Кроме того, также допускается выполнять этапы, на которых регулирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, включающее в себя этап O-формования, определяемый как намеченный для внесения изменений этап, выполняется указанным образом, и регулирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, включающее в себя этап экспандирования трубы, определяемый как намеченный для внесения изменений этап, снова выполняется для стальной трубы, которая была подвергнута обработке посредством формования и сваривается после получения открытой трубы. Это связано с тем, что точность прогнозирования овальности стальной трубы дополнительно повышается благодаря тому, что были получены реальные рабочие данные этапа O-формования.The operating condition changing unit 140 can repeatedly perform the ovality prediction using the thus changed operating parameters as input data to the ovality prediction model M, confirm whether the predicted ovality is smaller than the predetermined ovality value, and determine the changed operating condition value of the O-forming step, and pipe expansion stage. The changed operating conditions of the O-forming step and the pipe expansion step are transmitted to the separate control computers, and then the operating conditions of the O-forming step and the pipe expansion step are determined. By repeatedly performing the ovality determination in the operating condition changing block 140, the corresponding operating conditions of the O-forming step and the pipe expansion step can be set even when a strict target ovality value is set, allowing the steel pipe to be produced with a further reduced ovality. In addition, it is also possible to carry out steps in which adjusting the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step including the O-forming step, defined as the target step for making changes, is carried out in the specified manner, and adjusting the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step including In this case, the pipe expansion step, defined as the target step for making changes, is again performed on a steel pipe that has been processed by forming and welded after obtaining an open pipe. This is because the accuracy of steel pipe ovality prediction is further improved due to the fact that the actual operating data of the O-forming step was obtained.

Как описано выше, в способе регулирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения используется модель M прогнозирования овальности, которая принимает в расчет влияние на овальность из-за взаимосвязи этапа U-формования и этапа O-формования, что позволяет задавать надлежащее рабочее условие для уменьшения овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, обеспечивая возможность изготовления стальной трубы, имеющей приемлемую овальность. Кроме того, существует возможность регулирования овальности с высокой точностью, принимая во внимание изменения в атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала.As described above, the method for controlling the ovality of a steel pipe according to an embodiment of the present invention uses the ovality prediction model M, which takes into account the influence on the ovality due to the relationship of the U-forming step and the O-forming step, which makes it possible to set the proper operating condition to reduce ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, making it possible to produce a steel pipe having acceptable ovality. In addition, it is possible to adjust the ovality with high precision, taking into account changes in the attribute information of the steel sheet used as the material.

Устройство для прогнозирования овальности стальной трубыSteel Pipe Ovality Prediction Device

Ниже со ссылкой на фиг. 19 приведено описание устройства для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения.Below with reference to FIG. 19 is a description of a steel pipe ovality prediction apparatus according to an embodiment of the present invention.

На фиг. 19 показана схема конфигурации устройства для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения. Как показано на фиг. 19, устройство 160 для прогнозирования овальности стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения содержит блок 161 сбора рабочих параметров, блок 162 хранения данных, блок 163 прогнозирования овальности и выходной блок 164.In fig. 19 is a configuration diagram of a steel pipe ovality predicting apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 19, the steel pipe ovality prediction apparatus 160 according to an embodiment of the present invention includes an operating parameter acquisition unit 161, a data storage unit 162, an ovality prediction unit 163, and an output unit 164.

Блок 161 сбора рабочих параметров содержит определенный интерфейс, способный собирать данные модели M прогнозирования овальности, генерируемой блоком машинного обучения, например, из устройства 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы. Например, блок 161 сбора рабочих параметров предпочтительно содержит интерфейс связи для сбора данных модели M прогнозирования овальности из устройства 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы. В этом случае блок 161 сбора рабочих параметров может принимать модель M прогнозирования овальности из устройства 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, используя предварительно установленный протокол обмена данными. Кроме того, блок 161 сбора рабочих параметров собирает рабочие условия для оборудования для обработки формованием (оборудования для выполнения этапа обработки формованием) от управляющего компьютера или главного компьютера, установленного в оборудовании, используемом на каждом этапе обработки формованием. Например, блок 161 сбора рабочих параметров предпочтительно содержит интерфейс связи для сбора рабочих условий. Кроме того, блок 161 сбора рабочих параметров может собирать входную информацию на основании работы пользователя. В этом случае устройство 160 для прогнозирования овальности стальной трубы также содержит входной блок, содержащий один или несколько входных интерфейсов, которые обнаруживают ввод данных пользователем и собирают входную информацию на основании работы пользователя. Примеры входного блока включают в себя без ограничения аппаратный ключ, емкостный ключ, сенсорную панель, объединенную с дисплеем выходного блока, микрофон для голосового ввода данных и т.п. Например, входной блок принимает входные данные о рабочем условии для модели M прогнозирования овальности, получаемой от устройства 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы с помощью блока 161 сбора рабочих параметров.The operating parameter collection unit 161 includes a specific interface capable of collecting data from the ovality prediction model M generated by the machine learning unit, for example, from the steel pipe ovality prediction model generation device 100 . For example, the operating parameter collecting unit 161 preferably includes a communication interface for collecting data of the ovality prediction model M from the steel pipe ovality prediction model generation device 100 . In this case, the operating parameter acquisition unit 161 can receive the ovality prediction model M from the steel pipe ovality prediction model generation device 100 using a preset communication protocol. In addition, the operating parameter collecting unit 161 collects operating conditions for the molding processing equipment (equipment for performing a molding processing step) from a control computer or a host computer installed in the equipment used in each molding processing step. For example, the operating parameter collecting unit 161 preferably includes a communication interface for collecting operating conditions. In addition, the operating parameter collecting unit 161 can collect input information based on the user's operation. In this case, the steel pipe ovality predicting apparatus 160 also includes an input block containing one or more input interfaces that detect user input and collect input information based on the user's operation. Examples of the input unit include, but are not limited to, a hardware key, a capacitive key, a touch panel integrated with an output unit display, a microphone for voice input, and the like. For example, the input unit receives operating condition input data for the ovality prediction model M obtained from the steel pipe ovality prediction model generating apparatus 100 using the operating parameter acquisition unit 161 .

Блок 162 хранения данных содержит, по меньшей мере, одно полупроводниковое запоминающее устройство, по меньшей мере, одно магнитное запоминающее устройство, по меньшей мере, одно оптическое запоминающее устройство или комбинацию, по меньшей мере, двух из указанных устройств. Блок 162 хранения данных функционирует, например, как основное запоминающее устройство, вспомогательное запоминающее устройство или сверхоперативное запоминающее устройство. Блок 162 хранения данных хранит любого рода информацию, используемую для работы устройства 160 для прогнозирования овальности стальной трубы. Блок 162 хранения данных хранит, например, модель M прогнозирования овальности, получаемую от устройства 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы с помощью блока 161 сбора рабочих параметров, рабочее условие, получаемое от главного компьютера с помощью блока 161 сбора рабочих параметров, и информацию об овальности, прогнозируемой устройством 160 для прогнозирования овальности стальной трубы. Блок 162 хранения данных может хранить системную программу, прикладную программу и т.п.The data storage unit 162 includes at least one semiconductor memory device, at least one magnetic memory device, at least one optical memory device, or a combination of at least two of these devices. The data storage unit 162 functions, for example, as a main storage device, an auxiliary storage device, or a random access memory device. The data storage unit 162 stores any kind of information used to operate the apparatus 160 for predicting the ovality of a steel pipe. The data storage unit 162 stores, for example, the ovality prediction model M obtained from the steel pipe ovality prediction model generation device 100 by the operating parameter acquisition unit 161, the operating condition obtained from the host computer by the operating parameter acquisition unit 161, and the ovality information. , predicted by the apparatus 160 for predicting the ovality of the steel pipe. The data storage unit 162 may store a system program, an application program, or the like.

Блок 163 прогнозирования овальности содержит один или несколько процессоров. В настоящем варианте выполнения процессор содержит без ограничения универсальный процессор или специализированный процессор, адаптированный для специальной обработки. Блок 163 прогнозирования овальности соединен с возможностью связи с отдельными компонентами, составляющими устройство 160 для прогнозирования овальности стальной трубы, и управляет работой всего устройства 160 для прогнозирования овальности стальной трубы. Блок 163 прогнозирования овальности может быть любым универсальным электронным устройством, таким как персональный компьютер (ПК) или смартфон. Блок 163 прогнозирования овальности до этого не ограничивается и может быть одним серверным устройством или множеством серверных устройств, способных устанавливать связь друг с другом, или может быть другим электронным устройством, предназначенным для устройства 160 для прогнозирования овальности стальной трубы. Блок 163 прогнозирования овальности подсчитывает прогнозируемую величину информации об овальности стальной трубы, используя рабочие условия, получаемые с помощью блока 161 сбора рабочих параметров, и модель M прогнозирования овальности, получаемую от устройства 100 генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы.The ovality prediction unit 163 includes one or more processors. In the present embodiment, the processor includes, without limitation, a general purpose processor or a special purpose processor adapted for specific processing. The ovality prediction unit 163 is communicatively coupled to the individual components constituting the steel pipe ovality predicting apparatus 160 and controls the operation of the entire steel pipe ovality predicting apparatus 160 . The ovality prediction unit 163 may be any general-purpose electronic device such as a personal computer (PC) or a smartphone. The ovality prediction unit 163 is not limited to this, and may be one server device or a plurality of server devices capable of communicating with each other, or may be another electronic device assigned to the steel pipe ovality prediction device 160. The ovality prediction unit 163 calculates the predicted amount of ovality information of the steel pipe using the operating conditions obtained by the operating parameter acquisition unit 161 and the ovality prediction model M obtained from the steel pipe ovality prediction model generation device 100 .

Выходной блок 164 выдает прогнозируемую величину информации об овальности стальной трубы, подсчитываемую блоком 163 прогнозирования овальности, устройству для задания рабочих условий для оборудования для обработки формованием. Выходной блок 164 может содержать один или несколько выходных интерфейсов, которые выдают информацию и уведомление пользователю. Выходной интерфейс является, к примеру, дисплеем. Примеры дисплея включают в себя ЖК-дисплей или органический электролюминесцентный дисплей. Выходной блок 164 выдает данные, полученные за счет функционирования устройства 160 для прогнозирования овальности стальной трубы. Выходной блок 164 может быть соединен с устройством 160 для прогнозирования овальности стальной трубы в качестве внешнего выходного устройства вместо размещения в устройстве 160 для прогнозирования овальности стальной трубы. В качестве способа установления соединения может использоваться любой способ, такой как USB, HDMI (зарегистрированная торговая марка) или Bluetooth (зарегистрированная торговая марка). Примеры выходного блока 164 включают в себя без ограничения дисплей, который выдает видеоинформацию, динамик, который выдает аудиоинформацию, и т.п. Например, выходной блок 164 выдает пользователю прогнозируемую величину информации об овальности, подсчитываемую блоком 163 прогнозирования овальности. Пользователь может надлежащим образом задавать рабочие условия для оборудования для обработки формованием на основе прогнозируемой величины овальности, выдаваемой выходным блоком 164.The output unit 164 outputs a predicted amount of ovality information of the steel pipe calculated by the ovality prediction unit 163 to the apparatus for setting operating conditions for the forming processing equipment. Output block 164 may include one or more output interfaces that provide information and notification to the user. The output interface is, for example, a display. Examples of the display include an LCD display or an organic electroluminescent display. The output unit 164 outputs data obtained by operating the apparatus 160 for predicting the ovality of a steel pipe. The output unit 164 may be connected to the steel pipe ovality predictor 160 as an external output device instead of being located in the steel pipe ovality predictor 160. The connection method can be any method such as USB, HDMI (registered trademark), or Bluetooth (registered trademark). Examples of the output unit 164 include, but are not limited to, a display that outputs video information, a speaker that outputs audio information, and the like. For example, the output block 164 provides the user with a predicted amount of ovality information calculated by the ovality prediction block 163. The user can appropriately set the operating conditions for the forming processing equipment based on the predicted ovality value output by the output unit 164.

Более предпочтительной формой устройства 160 для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, как описано выше, является терминальное устройство, такое как планшетный терминал, содержащее: входной блок 165, который собирает входную информацию на основании работы пользователя; и блок 166 индикации, который отображает прогнозируемую величину информации об овальности, подсчитанную блоком 163 прогнозирования овальности. Устройство этого типа имеет функцию получения входной информации на основании работы пользователя от входного блока 165 и обновления части или всех рабочих параметров этапа обработки формованием, уже введенных в устройстве 160 для прогнозирования овальности стальной трубы, используя полученную входную информацию. Другими словами, когда информация об овальности стальной трубы была спрогнозирована блоком 163 прогнозирования овальности для стального листа, обрабатываемого в оборудовании для обработки формованием, может быть предусмотрена функция приема работы, выполненной оператором, используя терминальное устройство, и выполнения корректировки части рабочих параметров этапа обработки формованием, уже введенных в блок 161 сбора рабочих параметров. Блок 161 сбора рабочих параметров сохраняет исходные входные данные для рабочих параметров, для которых корректирующие входные данные не были получены от терминального устройства наряду с рабочими параметрами этапа обработки формованием, и изменяет только рабочий параметр, для которого были введены корректирующие входные данные. С помощью указанной конфигурации в блоке 161 сбора рабочих параметров генерируются новые входные данные для модели M прогнозирования овальности, и блок 163 прогнозирования овальности для стального листа подсчитывает прогнозируемую величину информации об овальности на основании входных данных. Кроме того, подсчитанная прогнозируемая величина информации об овальности, отображается на блоке 166 индикации терминального устройства с помощью выходного блока 164. С помощью этой процедуры работник, например, оператор оборудования для обработки формованием и начальник производства могут незамедлительно уточнить прогнозируемую величину информации об овальности, когда рабочий параметр этапа для обработки формованием был изменен, и могут в оперативном порядке изменять рабочее состояние на соответствующее рабочее состояние.A more preferable form of the apparatus 160 for predicting the ovality of a steel pipe after the pipe expansion step as described above is a terminal device such as a flatbed terminal comprising: an input unit 165 that collects input information based on a user's operation; and a display unit 166 that displays a predicted amount of ovality information calculated by the ovality prediction unit 163 . This type of apparatus has a function of receiving input information based on the user's operation from the input unit 165 and updating part or all of the operating parameters of the forming processing step already input in the apparatus 160 for predicting the ovality of the steel pipe using the received input information. In other words, when the ovality information of the steel pipe has been predicted by the ovality prediction unit 163 for the steel sheet processed in the forming processing equipment, a function can be provided to receive the work performed by the operator using the terminal device and perform adjustment of a portion of the operating parameters of the forming processing step. already entered into block 161 for collecting operating parameters. The operating parameter collecting unit 161 stores the original input data for operating parameters for which correction input data has not been received from the terminal device along with the operating parameters of the molding processing step, and changes only the operating parameter for which correction input data has been input. With this configuration, new input data for the ovality prediction model M is generated in the operating parameter collecting unit 161, and the ovality prediction unit 163 for the steel sheet calculates the predicted amount of ovality information based on the input data. In addition, the calculated predicted amount of ovality information is displayed on the terminal device display unit 166 by the output unit 164. With this procedure, a worker such as a molding processing equipment operator and a production manager can immediately clarify the predicted amount of ovality information when the worker the step parameter for molding processing has been changed, and the operating state can be promptly changed to the corresponding operating state.

ПримерыExamples

Пример 1Example 1

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X56, толщина стенки 31,8 мм × наружный диаметр 914,4 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 31,8 мм и ширины листа 2751 мм, и предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 480 – 600 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. В качестве рабочих параметров этапа C-формования условие расчета выполнения гибки концов в диапазоне 180 мм от конца в направлении ширины в качестве ширины обработки посредством гибки концов было задано с радиусом кривизны поверхности формования верхней полуматрицы R310 мм, но это условие не было включено во входные данные модели прогнозирования овальности.In the present example, an operating condition data set including the following operating parameters was specified in the raw data acquisition unit 110 shown in FIG. 10. The specified steel pipe, which is the product after the pipe expansion step, was API steel pipe, grade X56, wall thickness 31.8 mm × outer diameter 914.4 mm. First, the attribute information of the steel sheet was set for the sheet thickness of 31.8 mm and the sheet width of 2751 mm, and the yield strength was included in the operating condition data set as the attribute information of the steel sheet to match the steel sheet having a tensile strength of 480 – 600 MPa. The sheet width was set equal to the sheet width obtained after the preprocessing step. As the operating parameters of the C-forming step, the calculation condition for performing end bending in the range of 180mm from the end in the width direction as the processing width by end bending was set with the radius of curvature of the upper half die forming surface of R310mm, but this condition was not included in the input data ovality prediction models.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования условие с нижним R равным 362 мм и углом φ нижнего R, равным 120 градусам, и боковым r двух уровней условий 178 мм и 191 мм было использовано для выполнения расчета, и это условие было включено в набор данных рабочего условия. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 564 ± 30 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 782,6 ± 12,7 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.The operating parameters of the U-forming step were set based on the U-forming step performed by a Kaiser machine to shape the workpiece into a U-shape, and a finite element model of the U-forming step was generated. Regarding the shape information of the U-forming tool, a condition with a lower R equal to 362 mm and an angle φ of the lower R equal to 120 degrees, and a side r of two condition levels of 178 mm and 191 mm was used to perform the calculation, and this condition was included in operating condition data set. In addition, regarding the operating parameters in the U-forming step, the final support distance in U-forming varied in the range of 564 ± 30 mm, and the indentation amount in U-forming varied in the range of 782.6 ± 12.7 mm, and these conditions The operating conditions of the U-forming step were also included in the data set.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы при O-формовании имеют радиус R равный 451 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 451 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 438 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 903 ± 3 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. Пример конечно-элементной модели этапа O-формования показан на фиг. 20. Кроме того, в настоящем примере в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы, при условии, что экспандер имеет форму с радиусом 390 мм сегмента для экспандирования трубы и разделен на 12 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы варьировался в диапазоне 0,4 – 1,6%, и это условие было включено в набор данных рабочего условия этапа экспандирования трубы.On the other hand, regarding the operating parameters of the O-forming step, the upper and lower half-dies in O-forming were specified to have a radius R of 451 mm, and the arc of the upper half-die was specified to have a depth of 451 mm, and it was specified that the arc of the lower half-matrix has a depth of 438 mm. In addition, the calculation condition was changed so that the distance (O-forming indentation amount) between the highest point of the upper half-die and the lowest point of the lower half-die was 903 ± 3 mm, and this condition was included in the operating condition data set in the O step -molding. An example of a finite element model of an O-forming step is shown in FIG. 20. In addition, in the present example, as the operating parameter of the pipe expansion step, provided that the expander is shaped with a radius of 390 mm of the pipe expansion segment and is divided into 12 parts in the circumferential direction as pipe expansion segments, the pipe expansion ratio was varied in the range of 0.4 – 1.6%, and this condition was included in the operating condition data set of the pipe expansion stage.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения девяти формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 24, 65, 105 и 148 градусов от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружной, имеющую диаметр 905,5 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, наружный диаметр стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученный с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, был разделен на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.For the welding step, numerical analysis was performed on the weld gap holding characteristics of the open pipe on the outside to set the weld gap of the open pipe to zero using the finite element method, and the result corresponded to the stress-strain state after the welding step. Specifically, a finite element analysis was performed on the placement characteristics of nine forming rolls in the weld gap area and at positions 24, 65, 105, and 148 degrees from the weld gap area relative to the open pipe after the O-forming step and advancing the forming rolls until until the forming rolls began to fit into the circumferential one, having a diameter of 905.5 mm. However, no thermal influence factors were considered during welding, and the stress-strain state of the open pipe in the state where the weld gap was zero after moving the forming roller was set as the stress-strain state of the steel pipe after the welding step, and the data was transferred into the block for generating a finite element model of the next stage of pipe expansion. As the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, which refers to the output of the ovality prediction model, the outer diameter of the steel pipe after the pipe expansion step obtained by the offline pipe ovality calculation unit 112 was divided into 1080 points in the circumferential direction, and the difference between the maximum diameter Dmax and the minimum diameter Dmin was used.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Кроме того, предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе, и коэффициент экспандирования трубы был включен в набор данных рабочего условия в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных обучения, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.As described above, the ovality prediction model of the steel pipe after the pipe expansion step of the present example includes the final support distance of U-forming and the indentation amount of U-forming as the operating parameters of the U-forming step, and includes the indentation amount of O -forming as the operating parameters of the O-forming step. In addition, the yield strength was included in the operating condition data set as attribute information of the steel sheet, and the pipe expansion ratio was included in the operating condition data set as the operating parameter of the pipe expansion step. The data required for the finite element analysis of the forming processing step, including such a set of operating condition data, was sent to the pipe ovality calculation unit 112 offline to calculate the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step. The training data set obtained by calculation was accumulated in the database 120, and the ovality prediction model M was generated by the ovality prediction model generation unit 130.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, перед этапом C- формования на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Количество наборов данных, накопленных в базе данных 120, равнялось 300, и в качестве модели машинного обучения использовалась регрессия на основе гауссовских процессов, использующая в качестве базисной функции радиальную базисную функцию. Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная указанным образом, была введена в систему, показанную на фиг. 18, в качестве модели в режиме реального времени, и при заданной величине овальности, равной 8 мм, была получена фактическая величина предела текучести стального листа из результата проверки материала на этапе прокатки толстого листа в качестве предварительного этапа в виде фактических данных атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала, от главного компьютера.The pipe ovality calculation unit 112 offline set the two-dimensional plane strain elements obtained by dividing the steel sheet used as the material before the C-forming step into 720 parts in the width direction and 18 parts in the thickness direction, and performed a finite element analysis in following order: C-forming step, U-forming step, O-forming step, welding step and pipe expansion step. For the finite element analysis in this example, the Abaqus 2019 solver was used, and the calculation time in each case was approximately three hours. The number of datasets accumulated in the 120 database was 300, and Gaussian process regression using radial basis function as the basis function was used as the machine learning model. The ovality prediction model M generated in this manner was input into the system shown in FIG. 18, as a real-time model, and with a given ovality value of 8mm, the actual yield strength value of the steel sheet was obtained from the material inspection result of the thick sheet rolling stage as a preliminary step in the form of the actual steel sheet attribute information data , used as material, from the host computer.

В качестве первого примера этап U-формования был задан в виде намеченного для внесения изменений этапа, и после завершения этапа C-формования и перед переходом к этапу U-формования фактическая величина предела текучести, которая является атрибутивной информацией о стальном листе, была использована в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и были изменены рабочие параметры этапа U-формования и этапа O-формования. Однако заданная величина рабочего условия этапа экспандирования трубы была установлена равной 1,0% и не была включена в рабочие параметры, подлежащие изменению. С другой стороны, измененный рабочий параметр этапа U-формования был окончательным расстоянием между опорами при U-формовании, и измененный рабочий параметр этапа O-формования был величиной вдавливания при O-формовании. В любом случае рабочие параметры после изменения изменялись с ограничением, так чтобы они находились в пределах диапазона рабочих параметров, заданных блоком 112 расчета овальности трубы в автономном режиме. С помощью первого примера, в котором выполнялось такое регулирование овальности, были изготовлены 100 стальных труб. В результате, когда модель M прогнозирования овальности не использовалась, средняя величина овальности составляла 7,9 мм с показателем приемки 40%, в то время как в первом примере средняя величина овальности была уменьшена до 6,2 мм, и показатель приемки был увеличен до 75%.As a first example, the U-forming step was set as the target step for making changes, and after completing the C-forming step and before moving to the U-forming step, the actual yield strength value, which is the attribute information of the steel sheet, was used as input data for the ovality prediction model M, and the operating parameters of the U-forming step and the O-forming step were changed. However, the set value of the operating condition of the pipe expansion step was set to 1.0% and was not included in the operating parameters to be changed. On the other hand, the changed operating parameter of the U-forming step was the final support distance of the U-forming, and the changed operating parameter of the O-forming step was the indentation amount of the O-forming. In any case, the operating parameters after the change were changed with a limitation so that they were within the range of operating parameters specified by the offline pipe ovality calculation unit 112. In the first example in which this ovality adjustment was performed, 100 steel pipes were produced. As a result, when the ovality prediction model M was not used, the average ovality value was 7.9 mm with an acceptance rate of 40%, while in the first example the average ovality value was reduced to 6.2 mm and the acceptance rate was increased to 75 %.

В качестве второго примера, сходного с первым примером, этап U-формования был задан в виде намеченного для внесения изменений этапа, и после завершения этапа C-формования и перед переходом к этапу U-формования фактическая величина предела текучести, которая является атрибутивной информацией о стальном листе, была использована в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и были изменены рабочие параметры этапа U-формования, этапа O-формования и этапа экспандирования трубы. Рабочий параметр этапа экспандирования трубы, подлежащий изменению, был коэффициентом экспандирования трубы, и изменение было выполнено в диапазоне 0,6 – 1,3%. Другие рабочие параметры, подлежащие изменению, были сходными с рабочими параметрами первого примера. С помощью второго примера, в котором выполнялось такое регулирование овальности, были изготовлены 100 стальных труб. В результате средняя величина овальности составляла 5,1 мм с показателем приемки 90%, т.е. указанные показатели были улучшены.As a second example, similar to the first example, the U-forming step was set as the target stage for making changes, and after completing the C-forming step and before moving to the U-forming step, the actual yield strength value, which is the attribute information of the steel sheet, was used as input to the ovality prediction model M, and the operating parameters of the U-forming step, O-forming step, and pipe expansion step were changed. The operating parameter of the pipe expansion step to be changed was the pipe expansion ratio, and the change was made in the range of 0.6 - 1.3%. Other operating parameters to be changed were similar to those of the first example. In the second example, in which this ovality adjustment was performed, 100 steel pipes were produced. As a result, the average ovality value was 5.1 mm with an acceptance rate of 90%, i.e. these indicators have been improved.

Пример 2Example 2

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X80, толщина стенки 25,4 мм × наружный диаметр 558,8 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 25,0 – 27,0 мм и ширины листа 1662 мм, и толщина листа и предел текучести стального листа были включены в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 600 – 780 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. В качестве рабочих параметров этапа C-формования условие расчета выполнения гибки концов в диапазоне 135 мм от конца в направлении ширины в качестве ширины обработки посредством гибки концов было задано с радиусом кривизны поверхности формования верхней полуматрицы R170 мм, но это условие не было включено во входные данные модели прогнозирования овальности.In the present example, an operating condition data set including the following operating parameters was specified in the raw data acquisition unit 110 shown in FIG. 10. The specified steel pipe, which is the product after the pipe expansion step, was API steel pipe, grade X80, wall thickness 25.4 mm × outer diameter 558.8 mm. First, the attribute information of the steel sheet was set for the sheet thickness of 25.0 - 27.0 mm and the sheet width of 1662 mm, and the sheet thickness and yield strength of the steel sheet were included in the working condition data set as the attribute information of the steel sheet to match steel sheet having a tensile strength of 600 - 780 MPa. The sheet width was set equal to the sheet width obtained after the preprocessing step. As the operating parameters of the C-forming step, the calculation condition for performing end bending in the range of 135mm from the end in the width direction as the processing width by end bending was set with the radius of curvature of the upper half die forming surface R170mm, but this condition was not included in the input data ovality prediction models.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована соответствующая конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования условие с нижним R равным 225 мм и углом φ нижнего R, равным 120 градусам, и боковым r 110 мм было использовано для выполнения расчета, и это условие было включено в набор данных рабочего условия. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 314 ± 30 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 706,4 ± 25,4 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.The operating parameters of the U-forming step were set based on the U-forming step performed by the Kaiser machine to shape the workpiece into a U-shape, and the corresponding finite element model of the U-forming step was generated. Regarding the shape information of the U-forming tool, a condition with a bottom R of 225 mm and a bottom R angle φ of 120 degrees and a side r of 110 mm was used to perform the calculation, and this condition was included in the working condition data set. In addition, regarding the operating parameters in the U-forming step, the final support distance of U-forming varied in the range of 314 ± 30 mm, and the indentation amount of U-forming varied in the range of 706.4 ± 25.4 mm, and these conditions The operating conditions of the U-forming step were also included in the data set.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы имеют радиус при O-формовании 276 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 276 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 264 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 578 ± 3 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. Кроме того, в настоящем примере в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы, при условии, что экспандер имеет форму с радиусом 240 мм сегмента для экспандирования трубы и разделен на 10 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы варьировался в диапазоне 0,4 – 1,6%, и это условие было включено в набор данных рабочего условия этапа экспандирования трубы.On the other hand, regarding the operating parameters of the O-forming step, the upper and lower half-dies were specified to have an O-forming radius of 276 mm, the arc of the upper half-die was specified to have a depth of 276 mm, and the arc of the lower half-die was specified to have a depth of 276 mm. The half-matrix has a depth of 264 mm. In addition, the calculation condition was changed so that the distance (O-forming indentation amount) between the highest point of the upper half-die and the lowest point of the lower half-die was 578 ± 3 mm, and this condition was included in the operating condition data set in the O step -molding. In addition, in the present example, as the operating parameter of the pipe expansion step, provided that the expander is shaped with a radius of 240 mm pipe expansion segment and divided into 10 parts in the circumferential direction into pipe expansion segments, the pipe expansion ratio was varied in the range 0.4 – 1.6%, and this condition was included in the operating condition data set of the pipe expansion stage.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения семи формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 38, 84 и 130 градусов от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружность, имеющую диаметр 553,3 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, наружный диаметр стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученный с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, был разделен на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.For the welding step, numerical analysis was performed on the weld gap holding characteristics of the open pipe on the outside to set the weld gap of the open pipe to zero using the finite element method, and the result corresponded to the stress-strain state after the welding step. Specifically, a finite element analysis was performed on the placement characteristics of seven forming rolls in the weld gap area and at positions 38, 84 and 130 degrees from the weld gap area relative to the open pipe after the O-forming step and advancing the forming rolls until until the forming rolls began to fit into a circle having a diameter of 553.3 mm. However, no thermal influence factors were considered during welding, and the stress-strain state of the open pipe in the state where the weld gap was zero after moving the forming roller was set as the stress-strain state of the steel pipe after the welding step, and the data was transferred into the block for generating a finite element model of the next stage of pipe expansion. As the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, which refers to the output of the ovality prediction model, the outer diameter of the steel pipe after the pipe expansion step obtained by the offline pipe ovality calculation unit 112 was divided into 1080 points in the circumferential direction, and the difference between the maximum diameter Dmax and the minimum diameter Dmin was used.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Кроме того, толщина листа и предел текучести были включены в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе, и коэффициент экспандирования трубы был включен в набор данных рабочего условия в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных обучения, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.As described above, the ovality prediction model of the steel pipe after the pipe expansion step of the present example includes the final support distance of U-forming and the indentation amount of U-forming as the operating parameters of the U-forming step, and includes the indentation amount of O -forming as the operating parameters of the O-forming step. In addition, the sheet thickness and yield strength were included in the operating condition data set as attribute information of the steel sheet, and the pipe expansion ratio was included in the operating condition data set as the operating parameter of the pipe expansion step. The data required for the finite element analysis of the forming processing step, including such a set of operating condition data, was sent to the pipe ovality calculation unit 112 offline to calculate the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step. The training data set obtained by calculation was accumulated in the database 120, and the ovality prediction model M was generated by the ovality prediction model generation unit 130.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, перед этапом C-формования на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Количество наборов данных, накопленных в базе данных 120, равнялось 500, и в качестве модели машинного обучения была использована единая модель, полученная посредством комбинирования нейронной сети и дерева решений. В нейронной сети промежуточный слой был одним слоем, и количество узлов равнялось пяти для каждого из них. Используемая функция активации была функцией ReLU. Иерархия дерева решений имело максимальную глубину 3, и максимальное количество листьев в генерируемом дереве решений равнялось 160. Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная указанным образом, была введена в систему, показанную на фиг. 18, в качестве модели в режиме реального времени, и при заданной величине овальности, равной 5 мм, была получена фактическая величина предела текучести стального листа из результата проверки материала на этапе прокатки толстого листа в качестве предварительного этапа в виде фактических данных атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала, от главного компьютера.The pipe ovality calculation unit 112 offline specified the two-dimensional plane strain elements obtained by dividing the steel sheet used as the material before the C-forming step into 720 parts in the width direction and 18 parts in the thickness direction, and performed a finite element analysis in following order: C-forming step, U-forming step, O-forming step, welding step and pipe expansion step. For the finite element analysis in this example, the Abaqus 2019 solver was used, and the calculation time in each case was approximately three hours. The number of data sets accumulated in the 120 database was 500, and a single model obtained by combining a neural network and a decision tree was used as the machine learning model. In the neural network, the intermediate layer was one layer, and the number of nodes was five for each of them. The activation function used was the ReLU function. The decision tree hierarchy had a maximum depth of 3, and the maximum number of leaves in the generated decision tree was 160. The ovality prediction model M generated in this manner was input into the system shown in FIG. 18, as a real-time model, and with a given ovality value of 5mm, the actual yield strength value of the steel sheet was obtained from the material inspection result of the thick sheet rolling stage as a preliminary step in the form of the actual steel sheet attribute information data , used as material, from the host computer.

В качестве третьего примера этап U-формования был задан в виде намеченного для внесения изменений этапа, и после завершения этапа C-формования и перед переходом к этапу U-формования фактическая величина толщины стального листа и предела текучести, которые являются атрибутивной информацией о стальном листе, были использованы в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и были изменены рабочие параметры этапа U-формования и этапа O-формования. Однако заданная величина рабочего условия этапа экспандирования трубы была установлена равной 1,0% и не была включена в рабочие параметры, подлежащие изменению. С другой стороны, измененный рабочий параметр этапа U-формования был окончательным расстоянием между опорами при U-формовании, и измененный рабочий параметр этапа O-формования был величиной вдавливания при O-формовании. В любом случае рабочие параметры после изменения изменялись с ограничением, так чтобы они находились в пределах диапазона рабочих параметров, заданных блоком 112 расчета овальности трубы в автономном режиме. С помощью третьего примера, в котором выполнялось такое регулирование овальности, были изготовлены 100 стальных труб. В результате, когда модель M прогнозирования овальности не использовалась, средняя величина овальности составляла 5,0 мм с показателем приемки 60%, в то время как в третьем примере средняя величина овальности была уменьшена до 4,1 мм, и показатель приемки был увеличен до 81%.As a third example, the U-forming step was set as the target stage for making changes, and after completing the C-forming step and before moving to the U-forming step, the actual value of the steel sheet thickness and yield strength, which are the attribute information of the steel sheet, were used as input to the ovality prediction model M, and the operating parameters of the U-forming step and the O-forming step were changed. However, the set value of the operating condition of the pipe expansion step was set to 1.0% and was not included in the operating parameters to be changed. On the other hand, the changed operating parameter of the U-forming step was the final support distance of the U-forming, and the changed operating parameter of the O-forming step was the indentation amount of the O-forming. In any case, the operating parameters after the change were changed with a limitation so that they were within the range of operating parameters specified by the offline pipe ovality calculation unit 112. In a third example in which this ovality adjustment was performed, 100 steel pipes were produced. As a result, when the ovality prediction model M was not used, the average ovality value was 5.0 mm with an acceptance rate of 60%, while in the third example the average ovality value was reduced to 4.1 mm and the acceptance rate was increased to 81 %.

В качестве четвертого примера, сходного с третьим примером, этап U-формования был задан в виде намеченного для внесения изменений этапа, и после завершения этапа C-формования и перед переходом к этапу U-формования фактические величины толщины листа и предела текучести, которые являются атрибутивной информацией о стальном листе, были использованы в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и были изменены рабочие параметры этапа U-формования, этапа O-формования и этапа экспандирования трубы. Рабочий параметр этапа экспандирования трубы, подлежащий изменению, был коэффициентом экспандирования трубы, и изменение было выполнено в диапазоне 0,6 – 1,3%. Другие рабочие параметры, подлежащие изменению, были сходными с рабочими параметрами третьего примера. С помощью четвертого примера, в котором выполнялось такое регулирование овальности, были изготовлены 100 стальных труб. В результате средняя величина овальности составляла 2,6 мм с показателем приемки 95%, т.е. указанные показатели были улучшены.As a fourth example, similar to the third example, the U-forming step was set as the target step for making changes, and after completing the C-forming step and before moving to the U-forming step, the actual values of sheet thickness and yield strength that are attributable steel sheet information were used as input data for the ovality prediction model M, and the operating parameters of the U-forming step, O-forming step, and pipe expansion step were changed. The operating parameter of the pipe expansion step to be changed was the pipe expansion ratio, and the change was made in the range of 0.6 - 1.3%. Other operating parameters to be changed were similar to those of the third example. In the fourth example, in which such ovality adjustment was performed, 100 steel pipes were produced. As a result, the average ovality value was 2.6 mm with an acceptance rate of 95%, i.e. these indicators have been improved.

Пример 3Example 3

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X100, толщина стенки 12,7 мм × наружный диаметр 1219,2 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 12,7 – 14,3 мм и ширины листа 3760 мм, и толщина листа и предел текучести стального листа были включены в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 720 – 900 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. В качестве рабочих параметров этапа C-формования условие расчета выполнения гибки концов в диапазоне 180 мм от конца в направлении ширины в качестве ширины обработки посредством гибки концов было задано с радиусом кривизны поверхности формования верхней полуматрицы R310 мм, но это условие не было включено во входные данные модели прогнозирования овальности.In the present example, an operating condition data set including the following operating parameters was specified in the raw data acquisition unit 110 shown in FIG. 10. The specified steel pipe, which is the product after the pipe expansion step, was API steel pipe, grade X100, wall thickness 12.7 mm × outer diameter 1219.2 mm. First, the attribute information of the steel sheet was set for the sheet thickness of 12.7 - 14.3 mm and the sheet width of 3760 mm, and the sheet thickness and yield strength of the steel sheet were included in the working condition data set as the attribute information of the steel sheet to match steel sheet having a tensile strength of 720 - 900 MPa. The sheet width was set equal to the sheet width obtained after the preprocessing step. As the operating parameters of the C-forming step, the calculation condition for performing end bending in the range of 180mm from the end in the width direction as the processing width by end bending was set with the upper half die forming surface curvature radius of R310mm, but this condition was not included in the input data ovality prediction models.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована соответствующая конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования условие с нижним R равным 1300 мм и углом φ нижнего R, равным 27 градусам, и боковым r 12 мм было использовано для выполнения расчета, и это условие было включено в набор данных рабочего условия. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 394 ± 40 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 858,8 ± 25,4 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.The operating parameters of the U-forming step were set based on the U-forming step performed by the Kaiser machine to shape the workpiece into a U-shape, and the corresponding finite element model of the U-forming step was generated. Regarding the U-forming tool shape information, a condition with a bottom R of 1300 mm and a bottom R angle φ of 27 degrees and a side r of 12 mm was used to perform the calculation, and this condition was included in the working condition data set. In addition, regarding the operating parameters in the U-forming step, the final support distance of U-forming varied in the range of 394 ± 40 mm, and the indentation amount of U-forming varied in the range of 858.8 ± 25.4 mm, and these conditions The operating conditions of the U-forming step were also included in the data set.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы имеют радиус при O-формовании 602 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 602 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 590 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 1200 ± 5 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. Кроме того, в настоящем примере в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы, при условии, что экспандер имеет форму с радиусом 545 мм сегмента для экспандирования трубы и разделен на 12 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы варьировался в диапазоне 0,5 – 1,6%, и это условие было включено в набор данных рабочего условия этапа экспандирования трубы.On the other hand, regarding the operating parameters of the O-forming step, the upper and lower half-dies were specified to have an O-forming radius of 602 mm, the arc of the upper half-die was specified to have a depth of 602 mm, and the arc of the lower half-die was specified to have a depth of 602 mm. The half-matrix has a depth of 590 mm. In addition, the calculation condition was changed so that the distance (O-forming indentation amount) between the highest point of the upper half-die and the lowest point of the lower half-die was 1200 ± 5 mm, and this condition was included in the operating condition data set in the O step -molding. Moreover, in the present example, as the operating parameter of the pipe expansion step, provided that the expander is shaped with a radius of 545 mm pipe expansion segment and is divided into 12 parts in the circumferential direction as pipe expansion segments, the pipe expansion ratio was varied in the range 0.5 – 1.6%, and this condition was included in the operating condition data set of the pipe expansion stage.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения девяти формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 22, 70, 105 и 150 градусов от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружность, имеющую диаметр 1270,1 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, наружный диаметр стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученный с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, был разделен на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.For the welding step, numerical analysis was performed on the weld gap holding characteristics of the open pipe on the outside to set the weld gap of the open pipe to zero using the finite element method, and the result corresponded to the stress-strain state after the welding step. In particular, a finite element analysis was performed on the characteristics of the placement of nine forming rolls in the weld gap area and at positions 22, 70, 105 and 150 degrees from the weld gap area relative to the open pipe after the O-forming step and advancing the forming rolls until until the forming rolls began to fit into a circle having a diameter of 1270.1 mm. However, no thermal influence factors were considered during welding, and the stress-strain state of the open pipe in the state where the weld gap was zero after moving the forming roller was set as the stress-strain state of the steel pipe after the welding step, and the data was transferred into the block for generating a finite element model of the next stage of pipe expansion. As the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, which refers to the output of the ovality prediction model, the outer diameter of the steel pipe after the pipe expansion step obtained by the offline pipe ovality calculation unit 112 was divided into 1080 points in the circumferential direction, and the difference between the maximum diameter Dmax and the minimum diameter Dmin was used.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Кроме того, толщина листа и предел текучести были включены в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе, и коэффициент экспандирования трубы был включен в набор данных рабочего условия в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных обучения, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.As described above, the ovality prediction model of the steel pipe after the pipe expansion step of the present example includes the final support distance of U-forming and the indentation amount of U-forming as the operating parameters of the U-forming step, and includes the indentation amount of O -forming as the operating parameters of the O-forming step. In addition, the sheet thickness and yield strength were included in the operating condition data set as attribute information of the steel sheet, and the pipe expansion ratio was included in the operating condition data set as the operating parameter of the pipe expansion step. The data required for the finite element analysis of the forming processing step, including such a set of operating condition data, was sent to the pipe ovality calculation unit 112 offline to calculate the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step. The training data set obtained by calculation was accumulated in the database 120, and the ovality prediction model M was generated by the ovality prediction model generating unit 130.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, перед этапом C- формования на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Количество наборов данных, накопленных в базе данных 120, равнялось 400, и способ, используемый в качестве модели машинного обучения, был градиентным бустингом, который является типом ансамблевого обучения, использующим дерево решений. Количество деревьев решений, составляющих дерево решений градиентного бустинга, было задано равным 10, максимальная глубина иерархии была равна 5, и максимальное количество листьев в генерируемом дереве решений равнялось 180. Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная указанным образом, была введена в систему, показанную на фиг. 18, в качестве модели в режиме реального времени, и при заданной величине овальности, равной 10 мм, была получена фактическая величина предела текучести стального листа из результата проверки материала на этапе прокатки толстого листа в качестве предварительного этапа в виде фактических данных атрибутивной информации о стальном листе, используемом в качестве материала, от главного компьютера.The pipe ovality calculation unit 112 offline set the two-dimensional plane strain elements obtained by dividing the steel sheet used as the material before the C-forming step into 720 parts in the width direction and 18 parts in the thickness direction, and performed a finite element analysis in following order: C-forming step, U-forming step, O-forming step, welding step and pipe expansion step. For the finite element analysis in this example, the Abaqus 2019 solver was used, and the calculation time in each case was approximately three hours. The number of datasets accumulated in the 120 database was 400, and the method used as the machine learning model was gradient boosting, which is a type of ensemble learning that uses a decision tree. The number of decision trees constituting the gradient boosting decision tree was set to 10, the maximum depth of the hierarchy was 5, and the maximum number of leaves in the generated decision tree was 180. The ovality prediction model M generated in this manner was input into the system shown in FIG. . 18, as a real-time model, and with a given ovality value of 10mm, the actual yield strength value of the steel sheet was obtained from the material inspection result of the thick sheet rolling stage as a preliminary step in the form of the actual attribute information data of the steel sheet. , used as material, from the host computer.

В качестве пятого примера этап U-формования был задан в виде намеченного для внесения изменений этапа, и после завершения этапа C-формования и перед переходом к этапу U-формования фактическая величина толщины стального листа и предела текучести, которые являются атрибутивной информацией о стальном листе, были использованы в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и были изменены рабочие параметры этапа U-формования и этапа O-формования. Однако заданная величина рабочего условия этапа экспандирования трубы была установлена равной 1,2% и не была включена в рабочие параметры, подлежащие изменению. С другой стороны, измененный рабочий параметр этапа U-формования был окончательным расстоянием между опорами при U-формовании, и измененный рабочий параметр этапа O-формования был величиной вдавливания при O-формовании. В любом случае рабочие параметры после изменения изменялись с ограничением, так чтобы они находились в пределах диапазона рабочих параметров, заданных блоком 112 расчета овальности трубы в автономном режиме. С помощью пятого примера, в котором выполнялось такое регулирование овальности, были изготовлены 100 стальных труб. В результате, когда модель M прогнозирования овальности не использовалась, средняя величина овальности составляла 10,5 мм с показателем приемки 20%, в то время как в пятом примере средняя величина овальности была уменьшена до 6,3 мм, и показатель приемки был увеличен до 69%.As a fifth example, the U-forming step was set as the target step for making changes, and after completing the C-forming step and before moving to the U-forming step, the actual value of the steel sheet thickness and yield strength, which are attribute information of the steel sheet, were used as input to the ovality prediction model M, and the operating parameters of the U-forming step and the O-forming step were changed. However, the set value of the operating condition of the pipe expansion step was set to 1.2% and was not included in the operating parameters to be changed. On the other hand, the changed operating parameter of the U-forming step was the final support distance of the U-forming, and the changed operating parameter of the O-forming step was the indentation amount of the O-forming. In any case, the operating parameters after the change were changed with a limitation so that they were within the range of operating parameters specified by the offline pipe ovality calculation unit 112. In a fifth example in which such ovality adjustment was performed, 100 steel pipes were produced. As a result, when the ovality prediction model M was not used, the average ovality value was 10.5 mm with an acceptance rate of 20%, while in the fifth example the average ovality value was reduced to 6.3 mm and the acceptance rate was increased to 69 %.

В качестве шестого примера, сходного с пятым примером, этап U-формования был задан в виде намеченного для внесения изменений этапа, и после завершения этапа C-формования и перед переходом к этапу U-формования фактические величины толщины листа и предела текучести, которые являются атрибутивной информацией о стальном листе, были использованы в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности, и были изменены рабочие параметры этапа U-формования, этапа O-формования и этапа экспандирования трубы. Рабочий параметр этапа экспандирования трубы, подлежащий изменению, был коэффициентом экспандирования трубы, и изменение было выполнено в диапазоне 0,9 – 1,5%. Другие рабочие параметры, подлежащие изменению, были сходными с рабочими параметрами пятого примера. С помощью шестого примера, в котором выполнялось такое регулирование овальности, были изготовлены 100 стальных труб. В результате средняя величина овальности составляла 5,1 мм с показателем приемки 92%, т.е. указанные показатели были улучшены.As a sixth example, similar to the fifth example, the U-forming step was set as the target step for making changes, and after completing the C-forming step and before moving to the U-forming step, the actual values of sheet thickness and yield strength that are attributable steel sheet information were used as input data for the ovality prediction model M, and the operating parameters of the U-forming step, O-forming step, and pipe expansion step were changed. The operating parameter of the pipe expansion step to be changed was the pipe expansion ratio, and the change was made in the range of 0.9 – 1.5%. Other operating parameters to be changed were similar to those of the fifth example. In the sixth example, in which such ovality adjustment was performed, 100 steel pipes were produced. As a result, the average ovality value was 5.1 mm with an acceptance rate of 92%, i.e. these indicators have been improved.

Пример 4Example 4

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X42, толщина стенки 44,5 мм × наружный диаметр 1422,4 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 45,6 мм и ширины листа 4295 мм, и предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 500 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. В качестве рабочих параметров этапа C-формования условие расчета выполнения гибки концов в диапазоне 300 мм от конца в направлении ширины в качестве ширины обработки посредством гибки концов было задано с радиусом кривизны поверхности формования верхней полуматрицы R420 мм, но это условие не было включено во входные данные модели прогнозирования овальности.In the present example, an operating condition data set including the following operating parameters was specified in the raw data acquisition unit 110 shown in FIG. 10. The specified steel pipe, which is the product after the pipe expansion step, was API steel pipe, grade X42, wall thickness 44.5 mm × outer diameter 1422.4 mm. First, the attribute information of the steel sheet was set for a sheet thickness of 45.6 mm and a sheet width of 4295 mm, and the yield strength was included in the operating condition data set as the attribute information of the steel sheet to match the steel sheet having a tensile strength of 500 MPa. The sheet width was set equal to the sheet width obtained after the preprocessing step. As the operating parameters of the C-forming step, the calculation condition for performing end bending in the range of 300mm from the end in the width direction as the processing width by end bending was set with the radius of curvature of the upper half die forming surface of R420mm, but this condition was not included in the input data ovality prediction models.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована соответствующая конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования был выполнен расчет, соответствующий множеству блоков информации, используя диапазон нижнего R от 501 мм до 552 мм, угол φ нижнего R, равный 120 градусам, и боковой r от 200 мм до 300 мм, и этот расчет был включен в набор данных рабочего условия. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 914 ± 80 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 858,8 ± 25,4 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.The operating parameters of the U-forming step were set based on the U-forming step performed by the Kaiser machine to shape the workpiece into a U-shape, and the corresponding finite element model of the U-forming step was generated. With respect to the shape information of the U-forming tool, a calculation corresponding to multiple blocks of information was performed using a lower R range of 501 mm to 552 mm, a lower R angle φ of 120 degrees, and a side r of 200 mm to 300 mm, and this calculation was included in the operating condition data set. In addition, regarding the operating parameters in the U-forming step, the final support distance of U-forming varied in the range of 914 ± 80 mm, and the indentation amount of U-forming varied in the range of 858.8 ± 25.4 mm, and these conditions The operating conditions of the U-forming step were also included in the data set.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы имеют радиус при O-формовании 702 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 702 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 683 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 1415 ± 5 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. В настоящем примере, относящемуся к этапу экспандирования трубы, при условии, что экспандер имеет форму с радиусом 620 мм сегмента для экспандирования трубы и разделен на 12 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы в качестве условия был задан равным 0,9%.On the other hand, regarding the operating parameters of the O-forming step, the upper and lower half-dies were specified to have an O-forming radius of 702 mm, the arc of the upper half-die was specified to have a depth of 702 mm, and the arc of the lower half-die was specified to have a depth of 702 mm. The half-matrix has a depth of 683 mm. In addition, the calculation condition was changed so that the distance (O-forming indentation amount) between the highest point of the upper half-die and the lowest point of the lower half-die was 1415 ± 5 mm, and this condition was included in the operating condition data set in the O step -molding. In the present example relating to the pipe expansion step, provided that the expander is shaped with a radius of 620mm pipe expansion segment and is divided into 12 parts in the circumferential direction as pipe expansion segments, the pipe expansion ratio was set to 0 as a condition. ,9%.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения девяти формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 19, 70, 105 и 154 градуса от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружность, имеющую диаметр 1408,3 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, форма наружного диаметра стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученная с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, была разделена на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.For the welding step, numerical analysis was performed on the weld gap holding characteristics of the open pipe on the outside to set the weld gap of the open pipe to zero using the finite element method, and the result corresponded to the stress-strain state after the welding step. Specifically, a finite element analysis was performed on the placement characteristics of nine forming rolls in the weld gap area and at positions 19, 70, 105, and 154 degrees from the weld gap area relative to the open pipe after the O-forming step and advancing the forming rolls until until the forming rolls began to fit into a circle having a diameter of 1408.3 mm. However, no thermal influence factors were considered during welding, and the stress-strain state of the open pipe in the state where the weld gap was zero after moving the forming roller was set as the stress-strain state of the steel pipe after the welding step, and the data was transferred into the block for generating a finite element model of the next stage of pipe expansion. As the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, which refers to the output of the ovality prediction model, the outer diameter shape of the steel pipe after the pipe expansion step obtained by the offline pipe ovality calculation unit 112 was divided into 1080 points in the circumferential direction, and the difference between the maximum diameter Dmax and the minimum diameter Dmin was used.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя информацию о форме инструмента для U-формования, окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных обучения, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.As described above, the ovality prediction model of the steel pipe after the pipe expansion step of the present example includes information about the shape of the U-forming tool, the final support distance of the U-forming, and the indentation amount of the U-forming as the operating parameters of the U-forming step. molding and includes the O-forming indentation amount as the operating parameters of the O-forming step. The data required for the finite element analysis of the forming processing step, including such a set of operating condition data, was sent to the pipe ovality calculation unit 112 offline to calculate the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step. The training data set obtained by calculation was accumulated in the database 120, and the ovality prediction model M was generated by the ovality prediction model generating unit 130.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, перед этапом C- формования на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Когда в базе данных 120 были накоплены 300 блоков данных, была сгенерирована модель M прогнозирования овальности. Модель M прогнозирования овальности является моделью машинного обучения, содержащей входные данные этапа U-формования и рабочий параметр этап O-формования. Используемая модель машинного обучения была регрессией на основе гауссовских процессов, и используемая керн-функция включала в себя керн с использованием радиальной базисной функции (RBF-керн) для оценки сходства параметров и WhiteKernel для оценки влияния уровня шума оптимизируемого параметра.The pipe ovality calculation unit 112 offline set the two-dimensional plane strain elements obtained by dividing the steel sheet used as the material before the C-forming step into 720 parts in the width direction and 18 parts in the thickness direction, and performed a finite element analysis in following order: C-forming step, U-forming step, O-forming step, welding step and pipe expansion step. For the finite element analysis in this example, the Abaqus 2019 solver was used, and the calculation time in each case was approximately three hours. When 300 blocks of data had been accumulated in the database 120, an ovality prediction model M was generated. The ovality prediction model M is a machine learning model containing the input data of the U-forming step and the operating parameter of the O-forming step. The machine learning model used was Gaussian process regression and the core function used included radial basis function core (RBF core) to evaluate parameter similarity and WhiteKernel to evaluate the effect of noise level of the parameter being optimized.

Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная как описано выше, была использована для обработки в режиме реального времени на этапе изготовления стальной трубы для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы по окончании этапа O-формования. Прогнозирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы было предназначено для стальной трубы, удовлетворяющей вышеуказанным условиям изготовления, и информация, получаемая в качестве фактических рабочих данных этапа изготовления стальной трубы, была информацией о форме инструмента для U-формования, окончательном расстоянии между опорами при U-формовании, величине вдавливания при U-формовании и величине вдавливания при O-формовании, для генерирования набора данных рабочего условия в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности. Далее прогнозируемая величина овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы была рассчитана в качестве выходных данных модели M прогнозирования овальности, и указанную величину сравнили с фактической величиной овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы (фактическая величина овальности). В результате разница между прогнозируемой величиной овальности, выданной моделью M прогнозирования овальности, и фактической величиной овальности соответствовала средней величине погрешности 0,3%, и стандартное отклонение погрешности составило 4,3%, что подтверждает возможность прогнозирования овальности после этапа экспандирования трубы с высокой точностью с помощью модели M прогнозирования овальности.The ovality prediction model M generated as described above was used for real-time processing in the steel pipe manufacturing stage to predict the ovality of the steel pipe after the steel pipe expansion step at the end of the O-forming step. The ovality prediction of the steel pipe after the pipe expansion step was for the steel pipe satisfying the above manufacturing conditions, and the information obtained as the actual working data of the steel pipe manufacturing step was the information about the shape of the U-forming tool, the final support distance at U- forming, the U-forming indentation amount and the O-forming indentation amount, to generate a set of operating condition data as input to the ovality prediction model M. Next, the predicted ovality value of the steel pipe after the steel pipe expansion step was calculated as the output of the ovality prediction model M, and the specified value was compared with the actual ovality value of the steel pipe after the pipe expansion step (actual ovality value). As a result, the difference between the predicted ovality value output by the ovality prediction model M and the actual ovality value corresponded to an average error value of 0.3%, and the standard deviation of the error was 4.3%, which confirms that the ovality after the pipe expansion step can be predicted with high accuracy with using the M ovality prediction model.

Пример 5Example 5

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X52, толщина стенки 6,4 мм × наружный диаметр 508,0 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 6,4 – 7,4 мм и ширины листа 1564 мм, и толщина листа и предел текучести стального листа были включены в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 440 – 640 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. Настоящий пример был предназначен для этапа изготовления стальной трубы посредством выполнения этапа U-формования, этапа O-формования, этапа сварки и этапа экспандирования трубы с использованием стального листа в качестве материала. Другими словами, стальная труба была изготовлена без выполнения обработки посредством гибки концов на этапе C-формования.In the present example, an operating condition data set including the following operating parameters was specified in the raw data acquisition unit 110 shown in FIG. 10. The specified steel pipe, which is the product after the pipe expansion step, was API steel pipe, grade X52, wall thickness 6.4 mm × outer diameter 508.0 mm. First, the attribute information of the steel sheet was set for the sheet thickness of 6.4 - 7.4 mm and the sheet width of 1564 mm, and the sheet thickness and yield strength of the steel sheet were included in the working condition data set as the attribute information of the steel sheet to match steel sheet having a tensile strength of 440 - 640 MPa. The sheet width was set equal to the sheet width obtained after the preprocessing step. The present example was for a steel pipe manufacturing step by performing a U-forming step, an O-forming step, a welding step, and a pipe expansion step using a steel sheet as a material. In other words, the steel pipe was produced without performing end bending processing in the C-forming step.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована соответствующая конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования условие с нижним R равным 210 мм и углом φ нижнего R, равным 120 градусам, и боковым r 131 мм было использовано для выполнения расчета. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 154 ± 30 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 656,6 ± 25,4 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.The operating parameters of the U-forming step were set based on the U-forming step performed by the Kaiser machine to shape the workpiece into a U-shape, and the corresponding finite element model of the U-forming step was generated. Regarding the U-forming tool shape information, a condition with a bottom R of 210 mm and a bottom R angle φ of 120 degrees and a side r of 131 mm was used to perform the calculation. In addition, regarding the operating parameters in the U-forming step, the final support distance of U-forming varied in the range of 154 ± 30 mm, and the indentation amount of U-forming varied in the range of 656.6 ± 25.4 mm, and these conditions The operating conditions of the U-forming step were also included in the data set.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы имеют радиус при O-формовании 251 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 251 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 239 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 501 ± 3 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. В настоящем примере в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы было задано условие, что коэффициент экспандирования трубы составляет 1,1%, принимая во внимание, что экспандер имеет форму с радиусом 226 мм сегмента для экспандирования трубы и разделен на 10 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы.On the other hand, regarding the operating parameters of the O-forming step, the upper and lower half-dies were specified to have an O-forming radius of 251 mm, the arc of the upper half-die was specified to have a depth of 251 mm, and the arc of the lower half-die was specified to have a depth of 251 mm. The half-matrix has a depth of 239 mm. In addition, the calculation condition was changed so that the distance (O-forming indentation amount) between the highest point of the upper half-die and the lowest point of the lower half-die was 501 ± 3 mm, and this condition was included in the operating condition data set in the O step -molding. In the present example, the operating parameter of the pipe expansion step was set to a pipe expansion ratio of 1.1%, taking into account that the expander is shaped with a radius of 226 mm pipe expansion segment and is divided into 10 parts in the circumferential direction as segments for pipe expansion.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения семи формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 42, 84 и 126 градусов от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружность, имеющую диаметр 503,0 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, форма наружного диаметра стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученная с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, была разделена на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.For the welding step, numerical analysis was performed on the weld gap holding characteristics of the open pipe on the outside to set the weld gap of the open pipe to zero using the finite element method, and the result corresponded to the stress-strain state after the welding step. Specifically, a finite element analysis was performed on the placement characteristics of seven forming rolls in the weld gap area and at positions 42, 84 and 126 degrees from the weld gap area relative to the open pipe after the O-forming step and advancing the forming rolls until until the forming rolls began to fit into a circle having a diameter of 503.0 mm. However, no thermal influence factors were considered during welding, and the stress-strain state of the open pipe in the state where the weld gap was zero after moving the forming roller was set as the stress-strain state of the steel pipe after the welding step, and the data was transferred into the block for generating a finite element model of the next stage of pipe expansion. As the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, which refers to the output of the ovality prediction model, the outer diameter shape of the steel pipe after the pipe expansion step obtained by the offline pipe ovality calculation unit 112 was divided into 1080 points in the circumferential direction, and the difference between the maximum diameter Dmax and the minimum diameter Dmin was used.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Кроме того, толщина листа и предел текучести были включены в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе, Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.As described above, the ovality prediction model of the steel pipe after the pipe expansion step of the present example includes the final support distance of U-forming and the indentation amount of U-forming as the operating parameters of the U-forming step, and includes the indentation amount of O -forming as the operating parameters of the O-forming step. In addition, the sheet thickness and yield strength were included in the operating condition data set as attribute information of the steel sheet. The data required for the finite element analysis of the forming processing step including such operating condition data set was sent to block 112 offline pipe ovality calculation to calculate the ovality of a steel pipe after the pipe expansion stage. The data set obtained by calculation was accumulated in the database 120, and the ovality prediction model M was generated by the ovality prediction model generation unit 130.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Когда в базе данных 120 были накоплены 250 блоков данных, была сгенерирована модель M прогнозирования овальности. Модель M прогнозирования овальности является моделью машинного обучения, содержащей входные данные, включающие в себя атрибутивную информацию о стальном листе, рабочий параметр этапа U-формования и рабочий параметр этапа O-формования. Для модели машинного обучения была использована регрессия опорного вектора, и для керн-функции был использован сигмоидальный керн.The pipe ovality calculation unit 112 offline specified the two-dimensional plane strain elements obtained by dividing the steel sheet used as the material into 720 parts in the width direction and 18 parts in the thickness direction, and performed finite element analysis in the following order: Step U -forming stage, O-forming stage, welding stage and pipe expansion stage. For the finite element analysis in this example, the Abaqus 2019 solver was used, and the calculation time in each case was approximately three hours. When 250 blocks of data had been accumulated in the database 120, an ovality prediction model M was generated. The ovality prediction model M is a machine learning model containing input data including attribute information of the steel sheet, an operating parameter of the U-forming step, and an operating parameter of the O-forming step. Support vector regression was used for the machine learning model and sigmoidal core was used for the core function.

Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная как описано выше, была использована для обработки в режиме реального времени на этапе изготовления стальной трубы для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы по окончании этапа O-формования. Прогнозирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы было предназначено для стальной трубы, удовлетворяющей вышеуказанным условиям изготовления, и информация, получаемая в качестве фактических рабочих данных этапа изготовления стальной трубы, была информацией о толщине стального листа, пределе текучести, окончательном расстоянии между опорами при U-формовании, величине вдавливания при U-формовании и величине вдавливания при O-формовании, для генерирования набора данных рабочих условий в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности. Далее прогнозируемая величина овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы была рассчитана в качестве выходных данных модели M прогнозирования овальности, и указанную величину сравнили с фактической величиной овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы (фактическая величина овальности). В результате разница между прогнозируемой величиной овальности, выданной моделью M прогнозирования овальности, и фактической величиной овальности соответствовала средней величине погрешности 0,2%, и стандартное отклонение погрешности составило 4,6%, что подтверждает возможность прогнозирования овальности после этапа экспандирования трубы с высокой точностью с помощью модели M прогнозирования овальности.The ovality prediction model M generated as described above was used for real-time processing in the steel pipe manufacturing stage to predict the ovality of the steel pipe after the steel pipe expansion step at the end of the O-forming step. Prediction of the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step was for the steel pipe satisfying the above manufacturing conditions, and the information obtained as the actual working data of the steel pipe manufacturing step was information about the thickness of the steel sheet, yield strength, final support distance at U- forming, the U-forming indentation amount and the O-forming indentation amount, to generate a set of operating conditions data as input to the ovality prediction model M. Next, the predicted ovality value of the steel pipe after the steel pipe expansion step was calculated as the output of the ovality prediction model M, and the specified value was compared with the actual ovality value of the steel pipe after the pipe expansion step (actual ovality value). As a result, the difference between the predicted ovality value output by the ovality prediction model M and the actual ovality value corresponded to an average error value of 0.2%, and the standard deviation of the error was 4.6%, which confirms that the ovality after the pipe expansion step can be predicted with high accuracy with using the M ovality prediction model.

Пример 6Example 6

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X65, толщина стенки 44,5 мм × наружный диаметр 914,4 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 44,5 мм и ширины листа 2711 мм, и предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 520 – 690 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. В качестве рабочих параметров этапа C-формования условие расчета выполнения гибки концов в диапазоне 195 мм от конца в направлении ширины в качестве ширины обработки посредством гибки концов было задано с радиусом кривизны поверхности формования верхней полуматрицы R310 мм, но это условие не было включено во входные данные модели прогнозирования овальности.In the present example, an operating condition data set including the following operating parameters was specified in the raw data acquisition unit 110 shown in FIG. 10. The specified steel pipe, which is the product after the pipe expansion step, was API steel pipe, grade X65, wall thickness 44.5 mm × outer diameter 914.4 mm. First, the attribute information of the steel sheet was set for the sheet thickness of 44.5 mm and the sheet width of 2711 mm, and the yield strength was included in the operating condition data set as the attribute information of the steel sheet to match the steel sheet having a tensile strength of 520 – 690 MPa. The sheet width was set equal to the sheet width obtained after the preprocessing step. As the operating parameters of the C-forming step, the calculation condition for performing end bending in the range of 195mm from the end in the width direction as the processing width by end bending was set with the upper half die forming surface curvature radius of R310mm, but this condition was not included in the input data ovality prediction models.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована соответствующая конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования был выполнен расчет при условии, что нижний R равен 310 мм, угол φ нижнего R равен 120 градусам, и боковой r составляет 178 мм. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 634 ± 40 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 782,6 ± 25,4 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.The operating parameters of the U-forming step were set based on the U-forming step performed by the Kaiser machine to shape the workpiece into a U-shape, and the corresponding finite element model of the U-forming step was generated. Regarding the shape information of the U-forming tool, a calculation was performed assuming that the bottom R is 310 mm, the angle φ of the bottom R is 120 degrees, and the side r is 178 mm. In addition, regarding the operating parameters in the U-forming step, the final support distance of U-forming varied in the range of 634 ± 40 mm, and the indentation amount of U-forming varied in the range of 782.6 ± 25.4 mm, and these conditions The operating conditions of the U-forming step were also included in the data set.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы имеют радиус при O-формовании 451 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 451 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 438 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 903 ± 4 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. Кроме того, в настоящем примере в качестве рабочих параметров этапа экспандирования трубы, при условии, что два типа экспандеров имеют форму с радиусом 390 мм и 410 мм сегмента для экспандирования трубы и разделены на 12 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы варьировался в диапазоне 0,5 – 1,1%, и это условие было включено в набор данных рабочего условия этапа экспандирования трубы.On the other hand, regarding the operating parameters of the O-forming step, the upper and lower half-dies were specified to have an O-forming radius of 451 mm, the arc of the upper half-die was specified to have a depth of 451 mm, and the arc of the lower half-die was specified to have a depth of 451 mm. The half-matrix has a depth of 438 mm. In addition, the calculation condition was changed so that the distance (O-forming indentation amount) between the highest point of the upper half-die and the lowest point of the lower half-die was 903 ± 4 mm, and this condition was included in the operating condition data set in the O step -molding. In addition, in the present example, as the operating parameters of the pipe expansion step, provided that the two types of expanders are shaped with a radius of 390mm and 410mm radius of the pipe expansion segment, and are divided into 12 parts in the circumferential direction as pipe expansion segments, the coefficient pipe expansion was varied in the range of 0.5 – 1.1%, and this condition was included in the operating condition data set for the pipe expansion stage.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения девяти формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 24, 65, 105 и 148 градусов от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружность, имеющую диаметр 905,3 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, форма наружного диаметра стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученная с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, была разделена на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.For the welding step, numerical analysis was performed on the weld gap holding characteristics of the open pipe on the outside to set the weld gap of the open pipe to zero using the finite element method, and the result corresponded to the stress-strain state after the welding step. In particular, a finite element analysis was performed on the characteristics of the placement of nine forming rolls in the weld gap area and at positions 24, 65, 105 and 148 degrees from the weld gap area relative to the open pipe after the O-forming step and advancing the forming rolls until until the forming rolls began to fit into a circle having a diameter of 905.3 mm. However, no thermal influence factors were considered during welding, and the stress-strain state of the open pipe in the state where the weld gap was zero after moving the forming roller was set as the stress-strain state of the steel pipe after the welding step, and the data was transferred into the block for generating a finite element model of the next stage of pipe expansion. As the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, which refers to the output of the ovality prediction model, the outer diameter shape of the steel pipe after the pipe expansion step obtained by the offline pipe ovality calculation unit 112 was divided into 1080 points in the circumferential direction, and the difference between the maximum diameter Dmax and the minimum diameter Dmin was used.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Кроме того, предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе, и радиус сегмента экспандирования трубы и коэффициент экспандирования трубы были включены в набор данных рабочего условия в качестве рабочих параметров этапа экспандирования трубы. Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных обучения, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.As described above, the ovality prediction model of the steel pipe after the pipe expansion step of the present example includes the final support distance of U-forming and the indentation amount of U-forming as the operating parameters of the U-forming step, and includes the indentation amount of O -forming as the operating parameters of the O-forming step. In addition, the yield strength was included in the operating condition data set as attribute information of the steel sheet, and the radius of the pipe expansion segment and the pipe expansion ratio were included in the operating condition data set as the operating parameters of the pipe expansion step. The data required for the finite element analysis of the forming processing step, including such a set of operating condition data, was sent to the pipe ovality calculation unit 112 offline to calculate the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step. The training data set obtained by calculation was accumulated in the database 120, and the ovality prediction model M was generated by the ovality prediction model generation unit 130.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, перед этапом C-формования на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Когда в базе данных 120 были накоплены 300 блоков данных, была сгенерирована модель M прогнозирования овальности. Модель M прогнозирования овальности является моделью машинного обучения, содержащей входные данные, включающие в себя атрибутивную информацию о стальном листе, рабочий параметр этапа U-формования, рабочий параметр этапа O-формования и рабочий параметр этапа экспандирования трубы. Используемая модель машинного обучения была случайным лесом, максимальная глубина иерархии была равна 3, и максимальное количество листьев в генерируемом дереве решений равнялось 220.The pipe ovality calculation unit 112 offline specified the two-dimensional plane strain elements obtained by dividing the steel sheet used as the material before the C-forming step into 720 parts in the width direction and 18 parts in the thickness direction, and performed a finite element analysis in following order: C-forming step, U-forming step, O-forming step, welding step and pipe expansion step. For the finite element analysis in this example, the Abaqus 2019 solver was used, and the calculation time in each case was approximately three hours. When 300 blocks of data had been accumulated in the database 120, an ovality prediction model M was generated. The ovality prediction model M is a machine learning model containing input data including attribute information of the steel sheet, an operating parameter of the U-forming step, an operating parameter of the O-forming step, and an operating parameter of the pipe expansion step. The machine learning model used was a random forest, the maximum hierarchy depth was 3, and the maximum number of leaves in the generated decision tree was 220.

Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная как описано выше, была использована для обработки в режиме реального времени на этапе изготовления стальной трубы для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы по окончании этапа O-формования. Прогнозирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы было предназначено для стальной трубы, удовлетворяющей вышеуказанным условиям изготовления, и информация, получаемая в качестве фактических рабочих данных этапа изготовления стальной трубы, была информацией о пределе текучести стального листа, окончательном расстоянии между опорами при U-формовании, величине вдавливания при U-формовании и величине вдавливания при O-формовании. Кроме того, заданные величины радиуса сегмента экспандирования трубы и коэффициента экспандирования трубы, которые являются рабочими параметрами этапа экспандирования трубы, были получены от управляющего компьютера для генерирования набора данных рабочего условия в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности. Далее прогнозируемая величина овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы была рассчитана в качестве выходных данных модели M прогнозирования овальности, и указанную величину сравнили с фактической величиной овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы (фактическая величина овальности). В результате разница между прогнозируемой величиной овальности, выданной моделью M прогнозирования овальности, и фактической величиной овальности соответствовала средней величине погрешности 0,4%, и стандартное отклонение погрешности составило 4,0%, что подтверждает возможность прогнозирования овальности после этапа экспандирования трубы с высокой точностью с помощью модели M прогнозирования овальности.The ovality prediction model M generated as described above was used for real-time processing in the steel pipe manufacturing stage to predict the ovality of the steel pipe after the steel pipe expansion step at the end of the O-forming step. Prediction of the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step was for the steel pipe satisfying the above manufacturing conditions, and the information obtained as the actual working data of the steel pipe manufacturing step was information about the yield strength of the steel sheet, the final support distance in U-forming, the indentation amount in U-forming and the indentation amount in O-forming. In addition, target values of the pipe expansion segment radius and the pipe expansion ratio, which are the operating parameters of the pipe expansion step, were obtained from the control computer to generate a set of operating condition data as input data to the ovality prediction model M. Next, the predicted ovality value of the steel pipe after the steel pipe expansion step was calculated as the output of the ovality prediction model M, and the specified value was compared with the actual ovality value of the steel pipe after the pipe expansion step (actual ovality value). As a result, the difference between the predicted ovality value output by the ovality prediction model M and the actual ovality value corresponded to an average error value of 0.4%, and the standard deviation of the error was 4.0%, which confirms that the ovality after the pipe expansion step can be predicted with high accuracy with using the M ovality prediction model.

Пример 7Example 7

В настоящем примере набор данных рабочего условия, включающий в себя следующие рабочие параметры, был задан в блоке 110 сбора исходных данных, показанном на фиг. 10. Заданная стальная труба, представляющая собой изделие после этапа экспандирования трубы, была стальной трубой API, марка X42, толщина стенки 44,5 мм × наружный диаметр 609,6 мм. Сначала атрибутивная информация о стальном листе была задана для толщины листа 44,5 мм и ширины листа 1761 мм, и предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе с целью соответствия стальному листу, имеющему предел прочности при растяжении 400 – 600 МПа. Ширина листа была задана равной ширине листа, полученной после этапа предварительной обработки. В качестве рабочих параметров этапа C-формования условие расчета выполнения гибки концов в диапазоне 120 – 140 мм от конца в направлении ширины в качестве ширины обработки посредством гибки концов было задано с радиусом кривизны поверхности формования верхней полуматрицы R190 мм, но это условие не было включено в набор данных рабочего условия.In the present example, an operating condition data set including the following operating parameters was specified in the raw data acquisition unit 110 shown in FIG. 10. The specified steel pipe, which is the product after the pipe expansion step, was API steel pipe, grade X42, wall thickness 44.5 mm × outer diameter 609.6 mm. First, the attribute information of the steel sheet was set for a sheet thickness of 44.5 mm and a sheet width of 1761 mm, and the yield strength was included in the operating condition data set as the attribute information of the steel sheet to match the steel sheet having a tensile strength of 400 – 600 MPa. The sheet width was set equal to the sheet width obtained after the preprocessing step. As the operating parameters of the C-forming step, the calculation condition for performing end bending in the range of 120 - 140 mm from the end in the width direction as the processing width by end bending was set with the upper half die forming surface curvature radius of R190 mm, but this condition was not included in operating condition data set.

Рабочие параметры этапа U-формования были заданы на основании этапа U-формования, выполняемого с помощью устройства Kaiser для придания заготовке U-образной формы, и была сгенерирована соответствующая конечно-элементная модель этапа U-формования. В отношении информации о форме инструмента для U-формования был выполнен расчет при условии, что нижний R равен 246 мм, угол φ нижнего R равен 120 градусам, и боковой r составляет 160 мм. Кроме того, в отношении рабочих параметров на этапе U-формования окончательное расстояние между опорами при U-формовании варьировалось в диапазоне 474 ± 30 мм, и величина вдавливания при U-формовании варьировалась в диапазоне 757,2 ± 12,7 мм, и эти условия также были включены в набор данных рабочего условия этапа U-формования.The operating parameters of the U-forming step were set based on the U-forming step performed by the Kaiser machine to shape the workpiece into a U-shape, and the corresponding finite element model of the U-forming step was generated. Regarding the shape information of the U-forming tool, a calculation was performed assuming that the bottom R is 246 mm, the angle φ of the bottom R is 120 degrees, and the side r is 160 mm. In addition, regarding the operating parameters in the U-forming step, the final support distance in U-forming varied in the range of 474 ± 30 mm, and the indentation amount in U-forming varied in the range of 757.2 ± 12.7 mm, and these conditions The operating conditions of the U-forming step were also included in the data set.

С другой стороны, в отношении рабочих параметров этапа O-формования, было задано, что верхняя и нижняя полуматрицы имеют радиус при O-формовании 301 мм, причем было задано, что дуга верхней полуматрицы имеет глубину 301 мм, и было задано, что дуга нижней полуматрицы имеет глубину 289 мм. Кроме того, условие расчета было изменено, так что расстояние (величина вдавливания при O-формовании) между самой верхней точкой верхней полуматрицы и самой нижней точкой нижней полуматрицы составляло 602 ± 4 мм, и это условие было включено в набор данных рабочего условия на этапе O-формования. Кроме того, в настоящем примере в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы, при условии, что экспандер имеет форму с радиусом 254 мм сегмента для экспандирования трубы и разделен на 10 частей в окружном направлении в виде сегментов для экспандирования трубы, коэффициент экспандирования трубы варьировался в диапазоне 0,6 – 1,4%, и это условие было включено в набор данных рабочего условия этапа экспандирования трубы.On the other hand, regarding the operating parameters of the O-forming step, the upper and lower half-dies were specified to have an O-forming radius of 301 mm, the arc of the upper half-die was specified to have a depth of 301 mm, and the arc of the lower half-die was specified to have a depth of 301 mm. The half-matrix has a depth of 289 mm. In addition, the calculation condition was changed so that the distance (O-forming indentation amount) between the highest point of the upper half-die and the lowest point of the lower half-die was 602 ± 4 mm, and this condition was included in the operating condition data set in the O step -molding. Moreover, in the present example, as the operating parameter of the pipe expansion step, provided that the expander is shaped with a radius of 254 mm pipe expansion segment and divided into 10 parts in the circumferential direction into pipe expansion segments, the pipe expansion ratio was varied in the range 0.6 – 1.4%, and this condition was included in the operating condition data set of the pipe expansion stage.

В отношении этапа сварки был выполнен численный анализ применительно к характеристикам удерживания зазора под сварку открытой трубы с наружной стороны для задания зазора под сварку открытой трубы, равного нулю, с помощью метода конечных элементов, и результат соответствовал напряженно-деформированному состоянию после этапа сварки. В частности, конечно-элементный анализ был выполнен по характеристикам размещения семи формующих валков на участке зазора под сварку и в положениях 36, 84 и 132 градуса от участка зазора под сварку относительно открытой трубы после этапа O-формования и продвижения формующих валков до тех пор, пока формующие валки не стали вписываться в окружность, имеющую диаметр 905,3 мм. Однако не рассматривались никакие факторы теплового влияния во время сварки, и напряженно-деформированное состояние открытой трубы в состоянии, где зазор под сварку равнялся нулю после перемещения формующего валка, было задано в качестве напряженно-деформированного состояния стальной трубы после этапа сварки, и данные были переданы в блок генерирования конечно-элементной модели следующего этапа экспандирования трубы. В качестве овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, которая относится к выходным данным модели прогнозирования овальности, форма наружного диаметра стальной трубы после этапа экспандирования трубы, полученная с помощью блока 112 расчета овальности трубы в автономном режиме, была разделена на 1080 точек в окружном направлении, и была использована разница между максимальным диаметром Dmax и минимальным диаметром Dmin.For the welding step, numerical analysis was performed on the weld gap holding characteristics of the open pipe on the outside to set the weld gap of the open pipe to zero using the finite element method, and the result corresponded to the stress-strain state after the welding step. Specifically, a finite element analysis was performed on the placement characteristics of seven forming rolls in the weld gap area and at positions 36, 84 and 132 degrees from the weld gap area relative to the open pipe after the O-forming step and advancing the forming rolls until until the forming rolls began to fit into a circle having a diameter of 905.3 mm. However, no thermal influence factors were considered during welding, and the stress-strain state of the open pipe in the state where the weld gap was zero after moving the forming roller was set as the stress-strain state of the steel pipe after the welding step, and the data was transferred into the block for generating a finite element model of the next stage of pipe expansion. As the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, which refers to the output of the ovality prediction model, the outer diameter shape of the steel pipe after the pipe expansion step obtained by the offline pipe ovality calculation unit 112 was divided into 1080 points in the circumferential direction, and the difference between the maximum diameter Dmax and the minimum diameter Dmin was used.

Как описано выше, модель прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы по настоящему примеру включает в себя окончательное расстояние между опорами при U-формовании и величину вдавливания при U-формовании в качестве рабочих параметров этапа U-формования и включает в себя величину вдавливания при O-формовании в качестве рабочих параметров этапа O-формования. Кроме того, предел текучести был включен в набор данных рабочего условия в качестве атрибутивной информации о стальном листе, и ширина при обработке посредством гибки концов была включена в качестве рабочего параметра этапа C-формования. Кроме того, коэффициент экспандирования трубы был включен в набор данных рабочего условия в качестве рабочего параметра этапа экспандирования трубы. Данные, необходимые для конечно-элементного анализа этапа обработки посредством формования, включающие в себя такой набор данных рабочего условия, были направлены в блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме для расчета овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы. Набор данных обучения, полученный посредством расчета, был накоплен в базе данных 120, и модель M прогнозирования овальности была сгенерирована блоком 130 генерирования модели прогнозирования овальности.As described above, the ovality prediction model of the steel pipe after the pipe expansion step of the present example includes the final support distance of U-forming and the indentation amount of U-forming as the operating parameters of the U-forming step, and includes the indentation amount of O -forming as the operating parameters of the O-forming step. In addition, the yield strength was included in the operating condition data set as attribute information of the steel sheet, and the processing width by end bending was included as the operating parameter of the C-forming step. In addition, the pipe expansion ratio was included in the operating condition data set as the operating parameter of the pipe expansion step. The data required for the finite element analysis of the forming processing step, including such a set of operating condition data, was sent to the pipe ovality calculation unit 112 offline to calculate the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step. The training data set obtained by calculation was accumulated in the database 120, and the ovality prediction model M was generated by the ovality prediction model generation unit 130.

Блок 112 расчета овальности трубы в автономном режиме задал двухмерные элементы плоского деформированного состояния, полученные посредством деления стального листа, используемого в качестве материала, перед этапом C-формования на 720 частей в направлении ширины и 18 частей в направлении толщины и выполнил конечно-элементный анализ в следующем порядке: этап C-формования, этап U-формования, этап O-формования, этап сварки и этап экспандирования трубы. Для конечно-элементного анализа в настоящем примере использовался решатель Abaqus 2019, и время расчета в каждом случае составляло приблизительно три часа. Когда в базе данных 120 были накоплены 500 блоков данных, была сгенерирована модель M прогнозирования овальности. Модель M прогнозирования овальности является моделью машинного обучения, содержащей входные данные, включающие в себя атрибутивную информацию о стальном листе, рабочий параметр C-формования, рабочий параметр этапа U-формования, рабочий параметр этапа O-формования и рабочий параметр этапа экспандирования трубы. В качестве модели машинного обучения использовалась регрессия на основе гауссовских процессов, использующая в качестве базисной функции радиальную базисную функцию.The pipe ovality calculation unit 112 offline specified the two-dimensional plane strain elements obtained by dividing the steel sheet used as the material before the C-forming step into 720 parts in the width direction and 18 parts in the thickness direction, and performed a finite element analysis in following order: C-forming step, U-forming step, O-forming step, welding step and pipe expansion step. For the finite element analysis in this example, the Abaqus 2019 solver was used, and the calculation time in each case was approximately three hours. When 500 data blocks have been accumulated in the database 120, an ovality prediction model M was generated. The ovality prediction model M is a machine learning model containing input data including steel sheet attribute information, a C-forming operating parameter, a U-forming step operating parameter, an O-forming step operating parameter, and a pipe expansion step operating parameter. The machine learning model used was Gaussian process regression using a radial basis function as a basis function.

Модель M прогнозирования овальности, сгенерированная как описано выше, была использована для обработки в режиме реального времени на этапе изготовления стальной трубы для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы по окончании этапа O-формования. Прогнозирование овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы было предназначено для стальной трубы, удовлетворяющей вышеуказанным условиям изготовления, и информация, получаемая в качестве фактических рабочих данных этапа изготовления стальной трубы, была информацией о пределе текучести стального листа, ширине при обработке посредством гибки концов на этапе C-формования, окончательном расстоянии между опорами при U-формовании, величине вдавливания при U-формовании и величине вдавливания при O-формовании. Кроме того, заданные величины коэффициента экспандирования трубы, который является рабочим параметром этапа экспандирования трубы, были получены от управляющего компьютера для генерирования набора данных рабочего условия в качестве входных данных для модели M прогнозирования овальности. Далее прогнозируемая величина овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы была рассчитана в качестве выходных данных модели M прогнозирования овальности, и указанную величину сравнили с фактической величиной овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы (фактическая величина овальности). В результате разница между прогнозируемой величиной овальности, выданной моделью M прогнозирования овальности, и фактической величиной овальности соответствовала средней величине погрешности 0,2%, и стандартное отклонение погрешности составило 5,0%, что подтверждает возможность прогнозирования овальности после этапа экспандирования трубы с высокой точностью с помощью модели M прогнозирования овальности.The ovality prediction model M generated as described above was used for real-time processing in the steel pipe manufacturing stage to predict the ovality of the steel pipe after the steel pipe expansion step at the end of the O-forming step. The ovality prediction of the steel pipe after the pipe expansion step was for the steel pipe satisfying the above manufacturing conditions, and the information obtained as the actual operating data of the steel pipe manufacturing step was the information about the yield strength of the steel sheet, the width when processed by end bending in step C -forming, final distance between supports in U-forming, indentation amount in U-forming and indentation amount in O-forming. In addition, target values of the pipe expansion ratio, which is an operating parameter of the pipe expansion step, were obtained from the control computer to generate a set of operating condition data as input to the ovality prediction model M. Next, the predicted ovality value of the steel pipe after the steel pipe expansion step was calculated as the output of the ovality prediction model M, and the specified value was compared with the actual ovality value of the steel pipe after the pipe expansion step (actual ovality value). As a result, the difference between the predicted ovality value output by the ovality prediction model M and the actual ovality value corresponded to an average error value of 0.2%, and the standard deviation of the error was 5.0%, which confirms that the ovality after the pipe expansion step can be predicted with high accuracy with using the M ovality prediction model.

В вышеописанных вариантах выполнения изобретения, представленных авторами, настоящее изобретение не ограничивается описанием и чертежами, составляющими часть раскрытия настоящего изобретения по указанным вариантам выполнения. Таким образом, все другие варианты выполнения, примеры внедрения, способы управления и т.п., разработанные специалистами в рассматриваемой области техники на основе настоящего варианта выполнения, входят в объем настоящего изобретения.In the above-described embodiments presented by the authors, the present invention is not limited to the description and drawings forming part of the disclosure of the present invention according to these embodiments. Thus, all other embodiments, implementation examples, control methods, etc., developed by experts in the field of technology based on the present embodiment are included in the scope of the present invention.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

При осуществлении настоящего изобретения возможно обеспечить способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, способный генерировать модель прогнозирования овальности, которая точно прогнозирует овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в технологическом процессе изготовления UOE-стальной трубы, включающем в себя ряд этапов. При осуществлении настоящего изобретения возможно обеспечить способ прогнозирования овальности стальной трубы и устройство для прогнозирования овальности стальной трубы, способные точно прогнозировать овальность стальной трубы после этапа экспандирования трубы в технологическом процессе изготовления UOE-стальной трубы, включающем в себя ряд этапов. При осуществлении настоящего изобретения также возможно обеспечить способ регулирования овальности стальной трубы и способ изготовления стальной трубы, позволяющие изготавливать UOE-стальную трубу, имеющую приемлемую овальность.In carrying out the present invention, it is possible to provide a steel pipe ovality prediction model generation method capable of generating an ovality prediction model that accurately predicts the ovality of a steel pipe after a pipe expansion step in a UOE steel pipe manufacturing process including a number of steps. In carrying out the present invention, it is possible to provide a steel pipe ovality prediction method and a steel pipe ovality prediction apparatus capable of accurately predicting the ovality of a steel pipe after a pipe expansion step in a UOE steel pipe manufacturing process including a number of steps. In carrying out the present invention, it is also possible to provide a method for controlling the ovality of a steel pipe and a method for manufacturing a steel pipe, allowing the production of a UOE steel pipe having an acceptable ovality.

Перечень номеров позицийList of item numbers

10 – устройство для придания заготовке C-образной формы;10 – device for giving the workpiece a C-shape;

11 – транспортирующий механизм;11 – transport mechanism;

12A, 12B – формующий механизм;12A, 12B – forming mechanism;

13 – верхняя полуматрица;13 – upper half-matrix;

13a – формующая поверхность;13a – forming surface;

14 – нижняя полуматрица;14 – lower half-matrix;

14a – формующая поверхность;14a – forming surface;

15 – держатель инструмента;15 – tool holder;

16 – гидравлический цилиндр;16 – hydraulic cylinder;

17 – зажимной механизм;17 – clamping mechanism;

20 – рама машины;20 – machine frame;

21 – подъемный цилиндр;21 – lifting cylinder;

22, 37 – инструмент для U-формования (U-пуансон);22, 37 – tool for U-forming (U-punch);

23 – подвесной элемент;23 – hanging element;

24 – нижняя поверхность пола рамы;24 – lower surface of the frame floor;

25 – шток;25 – rod;

26 – цилиндр скольжения;26 – sliding cylinder;

27 – блок скольжения;27 – sliding block;

28 – опора (основание);28 – support (base);

29 – связующее звено;29 – connecting link;

30 – ось вращения;30 – axis of rotation;

31 – плечо;31 – shoulder;

32 – ограничительный валок;32 – limit roller;

33 – участок основания;33 – base section;

34 – участок опоры при U-формовании;34 – support area during U-forming;

35 – нижняя матрица (локер-матрица);35 – lower matrix (locker matrix);

36 – ось вращения;36 – axis of rotation;

38 – подушка;38 – pillow;

40 – нижняя полуматрица;40 – lower half-matrix;

41 – верхняя полуматрица;41 – upper half-matrix;

51 – сегмент для экспандирования трубы;51 – segment for pipe expansion;

52 – коническая наружная периферийная поверхность;52 – conical outer peripheral surface;

53 – тяговая штанга;53 – traction rod;

60 – штанга;60 – rod;

61a, 61b – щуп перемещения;61a, 61b – displacement probe;

62 – датчик угла вращения;62 – rotation angle sensor;

63 – поворотная штанга;63 – rotary rod;

64a, 64b – прижимной ролик;64a, 64b – pressure roller;

100 – устройство генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы;100 – device for generating a model for predicting the ovality of a steel pipe;

110 – блок сбора исходных данных;110 – source data collection block;

111 – набор данных для рабочих условий; 111 – data set for operating conditions;

112 – блока расчета овальности трубы в автономном режиме;112 – block for calculating pipe ovality in offline mode;

112a-112c – блок генерирования конечно-элементной модели;112a-112c – finite element model generation block;

112d – решатель для конечно-элементного анализа;112d – solver for finite element analysis;

120 – база данных;120 – database;

130 – блок генерирования модели прогнозирования овальности;130 – block for generating an ovality prediction model;

140 – блок изменения рабочих условий;140 – block for changing operating conditions;

150 – главный компьютер;150 – main computer;

160 – устройство для прогнозирования овальности стальной трубы;160 – device for predicting the ovality of a steel pipe;

161 – блок сбора рабочих параметров;161 – block for collecting operating parameters;

162 – блок хранения данных;162 – data storage unit;

163 – блок прогнозирования овальности;163 – ovality prediction block;

164 – выходной блок;164 – output block;

165 – входной блок;165 – input block;

166 – блок индикации;166 – display block;

P – стальная труба;P – steel pipe;

S – стальной лист.S – steel sheet.

Claims (28)

1. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, в котором указанная модель прогнозирования овальности предназначена для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, входящего в технологический процесс изготовления стальной трубы, который включает в себя: этап U-формования, выполняемый посредством обработки формованием стального листа для получения формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, с помощью инструмента для U-формования; этап O-формования, выполняемый посредством обработки формованием формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, для получения открытой трубы; и этап экспандирования трубы, выполняемый посредством обработки формованием за счет экспандирования стальной трубы, полученной посредством соединения друг с другом концов открытой трубы в направлении ширины,1. A method for generating an ovality prediction model for a steel pipe, wherein said ovality prediction model is for predicting the ovality of a steel pipe after a pipe expansion step included in a steel pipe manufacturing process, which includes: a U-forming step performed by forming processing of steel a sheet for obtaining a molded blank having a U-shaped cross-section using a U-forming tool; an O-forming step performed by molding processing of a molded blank having a U-shaped cross-section to obtain an open pipe; and a pipe expansion step performed by forming processing by expanding a steel pipe obtained by connecting the ends of the open pipe to each other in the width direction, включающий:including: этап сбора исходных данных, на котором собирают исходные данные посредством выполнения численного расчета, в котором входные данные представляют собой набор данных рабочих условий, который включает в себя один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа U-формования, и один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа O-формования, а выходные данные представляют собой информацию об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем численный расчет выполняют неоднократно с изменением набора данных рабочих условий и генерированием путем выполнения численного расчета в качестве данных для обучения множества пар данных из указанного набора данных рабочих условий и указанной информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, соответствующей указанному набору данных рабочих условий; иan input data collection step in which input data is collected by performing a numerical calculation, wherein the input data is a set of operating conditions data that includes one or more operating parameters selected from the operating parameters of the U-forming step and one or more operating parameters parameters selected from the operating parameters of the O-forming step, and the output data is the ovality information of the steel pipe after the pipe expansion step, and the numerical calculation is performed repeatedly by changing the data set of the operating conditions and generating by performing the numerical calculation as data for training multiple pairs data from said operating condition data set and said information about the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step corresponding to the specified operating condition data set; And этап генерирования модели, на котором генерируют модель прогнозирования овальности, для которой входными данными является указанный набор данных рабочих условий, а выходными данными является указанная информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, при этом генерирование модели прогнозирования овальности выполняют с помощью машинного обучения, используя указанное множество пар данных для обучения, сгенерированных на этапе сбора исходных данных.a model generation step of generating an ovality prediction model, for which the input data is a specified set of operating conditions data, and the output data is a specified information about the ovality of the steel pipe after the pipe expansion step, wherein generating the ovality prediction model is performed using machine learning using a specified set of training data pairs generated during the initial data collection phase. 2. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по п. 1, в котором на этапе сбора исходных данных выполняют этап расчета посредством использования метода конечных элементов, информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, исходя из указанного набора данных рабочих условий.2. The method for generating a model for predicting the ovality of a steel pipe according to claim 1, in which, at the stage of collecting initial data, a calculation step is performed using the finite element method, information about the ovality of the steel pipe after the pipe expansion stage, based on the specified set of operating conditions data. 3. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по п. 1 или 2, в котором модель прогнозирования овальности включает, в качестве указанного набора данных рабочих условий, один или более параметров, выбранных из атрибутивной информации о стальном листе.3. The method for generating an ovality prediction model for a steel pipe according to claim 1 or 2, wherein the ovality prediction model includes, as a specified operating condition data set, one or more parameters selected from attribute information of the steel sheet. 4. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1–3, в котором модель прогнозирования овальности включает, в качестве указанного набора данных рабочий условий, один или более параметров, выбранных из рабочих параметров этапа экспандирования трубы.4. A method for generating a model for predicting the ovality of a steel pipe according to any one of claims. 1-3, wherein the ovality prediction model includes, as a specified operating condition data set, one or more parameters selected from the operating parameters of the pipe expansion step. 5. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1–4, в котором технологический процесс изготовления стальной трубы включает в себя этап C-формования, выполняемый посредством обработки формованием концов стального листа в направлении ширины с помощью гибки концов перед этапом U-формования, и модель прогнозирования овальности включает, в качестве указанного набора данных рабочих условий, один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа C-формования.5. A method for generating a model for predicting the ovality of a steel pipe according to any one of claims. 1 to 4, in which the steel pipe manufacturing process includes a C-forming step performed by forming the ends of the steel sheet in the width direction by bending the ends before the U-forming step, and the ovality prediction model includes, as a specified data set operating conditions, one or more operating parameters selected from the operating parameters of the C-forming step. 6. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1–5, в котором рабочие параметры этапа U-формования включают в себя один или более рабочих параметров из информации о форме инструмента для U-формования, величине вдавливания при U-формовании, исходном расстоянии между опорами при U-формовании и окончательном расстоянии между опорами при U-формовании.6. A method for generating a model for predicting the ovality of a steel pipe according to any one of claims. 1 to 5, wherein the operating parameters of the U-forming step include one or more of the operating parameters of the U-forming tool shape information, the U-forming indentation amount, the initial U-forming support distance, and the final support distance in U-forming. 7. Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1–6, в котором применяемое машинное обучение представляет собой тип машинного обучения, выбранный из нейронной сети, дерева решений, случайного леса, регрессии на основе гауссовских процессов и регрессии опорных векторов.7. A method for generating a model for predicting the ovality of a steel pipe according to any one of claims. 1–6, in which the machine learning applied is a type of machine learning selected from neural network, decision tree, random forest, Gaussian process regression, and support vector regression. 8. Способ прогнозирования овальности стальной трубы, включающий:8. A method for predicting the ovality of a steel pipe, including: этап сбора рабочих параметров, на котором собирают в режиме реального времени набор данных рабочих условий, которые подлежат заданию как рабочие условия технологического процесса изготовления стальной трубы, в качестве входных данных модели прогнозирования овальности стальной трубы, генерируемой с помощью способа генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы по любому из пп. 1–7; иan operating parameter collection step in which a set of data of operating conditions to be specified as the operating conditions of the steel pipe manufacturing process are collected in real time as the input data of the steel pipe ovality prediction model generated by the steel pipe ovality prediction model generation method. any of paragraphs. 1–7; And этап прогнозирования овальности, на котором прогнозируют информацию об овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы посредством ввода в модель прогнозирования овальности указанного набора данных рабочих условий, полученного на этапе сбора рабочих параметров.an ovality prediction step of predicting the ovality information of the steel pipe after the steel pipe expansion step by inputting the specified operating condition data set obtained from the operating parameter acquisition step into the ovality prediction model. 9. Способ регулирования овальности стальной трубы, включающий этап внесения изменений при прогнозировании информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, используя способ прогнозирования овальности стальной трубы по п. 8, причем указанное прогнозирование выполняют перед началом этапа, намеченного для внесения изменений, который выбирают из ряда этапов обработки посредством формования, составляющих технологический процесс изготовления стальной трубы, и на основании спрогнозированной информации об овальности стальной трубы изменяют один или более рабочих параметров, выбранных по меньшей мере из рабочих параметров указанного этапа, намеченного для внесения изменений, или один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа обработки посредством формования, который выполняется после указанного этапа, намеченного для внесения изменений.9. A method for regulating the ovality of a steel pipe, including a step of making changes in predicting information about the ovality of a steel pipe after the pipe expansion step, using the method of predicting the ovality of a steel pipe according to claim 8, wherein said prediction is performed before starting the step scheduled for making changes that is selected from a series of molding processing steps constituting a technological process for manufacturing a steel pipe, and based on predicted information about the ovality of the steel pipe, changing one or more operating parameters selected from at least the operating parameters of the specified step intended to be changed, or one or more operating parameters parameters selected from the operating parameters of the molding processing step that is performed after the specified step intended to make changes. 10. Способ изготовления стальной трубы, включающий этап изготовления стальной трубы, используя способ регулирования овальности стальной трубы по п. 9.10. A method for manufacturing a steel pipe, including the step of manufacturing a steel pipe using the method for adjusting the ovality of a steel pipe according to claim 9. 11. Устройство для прогнозирования овальности стальной трубы, которое предназначено для прогнозирования овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, входящего в технологический процесс изготовления стальной трубы, который включает в себя: этап U-формования для обработки стального листа с целью получения формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, с помощью инструмента для U-формования; этап O-формования для обработки формованной заготовки, имеющей U-образное сечение, с целью получения открытой трубы; и этап экспандирования трубы, выполняемый посредством обработки формованием путем экспандирования стальной трубы, полученной посредством соединения друг с другом концов открытой трубы в направлении ширины,11. A steel pipe ovality predicting device, which is designed to predict the ovality of a steel pipe after a pipe expansion step included in the steel pipe manufacturing process, which includes: a U-forming step for processing a steel sheet to obtain a molded blank having a U -shaped section, using a U-forming tool; an O-forming step for processing a molded blank having a U-shaped cross-section to form an open pipe; and a pipe expansion step performed by forming processing by expanding a steel pipe obtained by connecting the ends of the open pipe to each other in the width direction, содержащее:containing: блок сбора исходных данных, который source data collection block, which выполнен с возможностью выполнения численного расчета, в котором входными данными является набор данных рабочих условий, который включает в себя один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа U-формования, и один или более рабочих параметров, выбранных из рабочих параметров этапа O-формования, а выходными данными является информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем численный расчет выполняется неоднократно, с изменением при этом указанного набора данных рабочих условий, аconfigured to perform a numerical calculation in which the input data is a set of operating conditions data that includes one or more operating parameters selected from the operating parameters of the U-forming step and one or more operating parameters selected from the operating parameters of the O-forming step forming, and the output data is information about the ovality of the steel pipe after the pipe expansion stage, and the numerical calculation is performed repeatedly, with the specified set of data operating conditions changing, and также с возможностью генерирования, посредством выполнения численного расчета, в качестве данных для обучения, множества пар данных из указанного набора данных рабочих условий и указанных данных информации об овальности стального листа после этапа экспандирования трубы, соответствующих указанному набору данных рабочих условий;also capable of generating, by performing a numerical calculation, as training data, a plurality of data pairs from said operating condition data set and said steel sheet ovality information data after the pipe expansion step corresponding to said operating condition data set; блок генерирования модели прогнозирования овальности, который выполнен с возможностью генерирования модели прогнозирования овальности, в которой входными данными является указанный набор данных рабочих условий, и выходными данными является указанная информация об овальности стальной трубы после этапа экспандирования трубы, причем генерирование модели прогнозирования овальности выполняется с помощью машинного обучения, с использованием множества пар данных для обучения, генерируемых блоком сбора исходных данных;an ovality prediction model generating unit, which is configured to generate an ovality prediction model, in which the input data is a specified set of operating conditions data, and the output data is the specified ovality information of a steel pipe after the pipe expansion step, wherein the generation of the ovality prediction model is performed by a machine training using a plurality of pairs of training data generated by the source data collection unit; блок сбора рабочих параметров, выполненный с возможностью сбора в режиме реального времени набора данных рабочих условий, который подлежит заданию в качестве рабочего условия технологического процесса изготовления стальной трубы; иan operating parameters collection unit configured to collect in real time a set of operating conditions data that is to be set as an operating condition for the steel pipe manufacturing process; And блок прогнозирования овальности, выполненный с возможностью прогнозирования в режиме реального времени информации об овальности стальной трубы после этапа экспандирования стальной трубы, соответствующей набору данных рабочих условий, собранному блоком сбора рабочих параметров, с использованием модели прогнозирования овальности, генерируемой блоком генерирования модели прогнозирования овальности.an ovality prediction unit configured to predict in real time the ovality information of a steel pipe after the steel pipe expansion step corresponding to a data set of operating conditions collected by the operating parameter acquisition unit using the ovality prediction model generated by the ovality prediction model generation unit. 12. Устройство для прогнозирования овальности стальной трубы по п. 11, которое содержит терминальное устройство, содержащее:12. A device for predicting the ovality of a steel pipe according to claim 11, which contains a terminal device containing: входной блок для сбора входной информации на основании работы пользователя, и an input block for collecting input information based on the user's performance, and блок индикации для отображения информации об овальности,display unit for displaying information about ovality, причем блок сбора рабочих параметров выполнен с возможностью обновления части или всего набора данных рабочих условий в технологическом процессе изготовления стальной трубы на основании входной информации, собираемой входным блоком, иwherein the operating parameter collection unit is configured to update part or all of the data set of operating conditions in the steel pipe manufacturing process based on the input information collected by the input unit, and блок индикации выполнен с возможностью отображения информации об овальности стальной трубы, которая прогнозируется блоком прогнозирования овальности с использованием обновленного набора данных рабочих условий.the display unit is configured to display information about the ovality of the steel pipe, which is predicted by the ovality prediction unit using the updated operating condition data set.