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排辊成形(cage roll forming process)

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排辊成形(cage roll forming process)

带材(焊管坯)被两排若干组被动小辊连续弯卷成管筒的辊式成形工艺。也叫笼式成形。在焊管坯的连续排辊成形过程中,利用三点弯曲原理,在精成形(封闭孔型)前采用一组或多组位置可调的成排的被动小辊机架,代替普通辊式成形时使用的若干主动水平机架和被动立辊机架,带材可按所设计的孔型系统变形成管筒.

排辊成形机 排辊成形机的种类很多,但大体上可分成两类:全排辊成形机和半排辊成形机。全排辊成形机是在第一架初成形水平机架至精成形机架问全部由可调排辊组成的成形机,如图1所示。半排辊成形机是在第一架初成形水平机架与精成形机架间有水平机带架和若干可调排辊组的成形机,如图2所示.

简史 排辊成形起源于美国。20世纪60年代最早的排辊是在焊接的笼形框架上安装了一些小辊子,用以代替辊式成形机水平机架问的立辊,这样减少了管坯的边缘折皱,提高了焊接质量。每换一次产品规格换一组笼子。这种成形机实际上是不可调的半排辊成形机的雏形,其优点是:减少了功率消耗和轧辊的磨损,特别对于大口径焊管,消除了管坯的划伤。60年代末至70年代初,焊管向大口径方向发展,根据已有的生产经验美国人托伦斯(Torrens)设计了世界上第一套全排辊成形机。它取消了中间水平机架和立辊机架,采用单半径孔型系统,几组可调被动小辊可适用于所有规格的产品。但这种成形机调整很麻烦。70年代初美籍华人张智慧发明了适用于双半径孔型系统和调整简便的全排辊轧机(图3)并获得专利权.

 

      

 

图3  张智慧发明的全排辊成形机
  口断面图;6一排辊位置设计方案
1  底线;2一带钢;3辊子移动直线轨迹

80年代初期全排辊成形发展到了鼎盛时期,它以其无可比拟的优点为壁厚与管径比(t/D)小的薄壁大口径钢管生产提供了可靠的成形技术。但它只适用于薄壁管和中等壁厚管的生产,也就是t/D在≤1%(下限)到<5%(上限)范围内。80年代后期焊管向厚壁、特殊材质和高强度方向发展,而全排辊成形机最大的缺陷是生产厚壁管时刚度不足。为了充分利用排辊成形的优点,1984年日本新日铁公司设计了一套半排辊φ406m(16in)成形机,生产管径114.3~406mm、壁厚2.1~19mm、t/D1.2%~12%的厚壁管,采用w孔型系统,如图4所示.

图4新日铁半排辊成形机孔型图
 

    1  孔型底线;2挤压辊孔型
n、6、c一第1~第3架初成形水平轧辊孔型
    d一排辊孔型;e一精成形孔型

1984年西德曼内斯曼一德马克(Mannesmann Demag)公司制造了一种直径33~11.4mm、壁厚2~7mm、壁厚与管径之比t/D一12.5%~1.25%的全排辊轧机(图图5),采用U形孔型系统..

 

1985年中国河北省张家口市建成一套114mm排辊成形机,开始了薄壁焊管的生产。随后中国又建成了两套t/D更小的全排辊成形机组,生产管径139.7~508mm、壁厚3.17~12.7mm的薄壁焊管。

中国第一个焊管成形专利“多功能直缝焊管工艺及成形机组”(专利号CNl066805A)则采用排辊和立辊相结合的方式成形,其结构如图6所示。该机组用专门的孔型系统及特殊的辊组系统,可生产高质量、t/D<1%的薄壁管及t/D>9%的厚壁管,直径为60~168mm,壁厚为1.5~10mm,最高材质σs=552MPa,直径公差±0.1mm。该成形机组适用于结构管、水煤气管、汽车传动轴管、高中压锅炉管、高压输送管、液压缸管、油田用泵管、套管及油管等成形。该轧机成形机架次少,调整简便,精成形前所有架次均以一种轧辊适用于所有规格,因此辊子储备少,寿命长,投资少.

薄壁管成形的变形规律要求新的成形机组朝着保证最好的钢管质量、最少的轧机架次、最小的功率消耗和轧辊消耗、最佳的管坯应力状态以及最简便的凋整方向发展.

工艺特点 排辊成形同辊式成形相比的特点是:排辊成形的工艺特点是:(1)管坯边缘无波浪,成直线状态,如图7所示,这样就减少了局部成形区内非弹复区与弹复区间带钢边缘的运动轨迹。大量试验证明,成形区带钢边缘的拉伸变形存在峰值,它分布在接触区和非接触区的边界上。带钢边缘的纵向变形量与弯曲区长度上的弯曲角的一阶导数成比例。峰值(即边缘纵向变形的极大值)正好是沿变形区弯曲角曲线的拐点的导数。排辊成形时带钢边缘成直线状态,没有弹复区,没有波浪也就没有拐点,换句话说即成形区长度上的变化均匀,就一阶导数而言建立了一个函数单调变化的区段。这样就消除了边缘拉伸的峰值,也就消除了管坯边缘的折皱,提高了钢管质量;同时减少了变形区的长度和机架的数量,节省了设备的投资。(2)排辊成形时轧辊与管坯成点状接触,同步运行,因而消除了轧辊与管坯间的相对运动所消耗的无用摩擦功,避免了管坯的划伤,同时也大大减少了功率消耗及轧辊磨损。(3)排辊成形时成形辊共用性大,通过排辊空间位置的调整,可用一套轧辊适应所有规格的任何孔型系统的焊管。这样不仅节约轧辊的储备和投资,同时节省了变换规格的时间.


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