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辊式成形(roll forming process)

辊式成形    (roll forming process)

带材在辊式成形机上连续弯曲成具有规定形状和尺寸的管筒的变形工艺过程。

成形原理     带材在连续弯曲成形过程中,产生横向变形、高向变形和纵向变形。横向变形指带材横断面在各机架上的弯曲变形,它取决于孔型设计。高向变形是成形前后的厚度变化,此值很小一般不计。纵向变形是指带材弯曲成管筒时,在轴线方向上带材边缘的变形,它决定着成形质量。图1为带材成形过程中纵向变形的示意图。如图所示,在变形区内带材边缘长度L',总是大于原来长度L。为保证成形质量,伸长了的边缘部分在变形结束时必须能恢复到原长,否则在焊缝附近会产生波纹或鼓包。为此必须将边缘在变形过程中的相对延伸限制在弹性变形的极限范围之内。这就要求成形机第一架辊轴到最后一架辊轴之间的距离适当。对碳结钢焊管,该距离一般为产品最大外径的40~57倍,同时还需采取其他措施来控制带材边缘的相对延伸,以保证成形质量。

成形方法    有辊式成形、排辊成形和履带成形3种基本方法。

(1)辊式成形。是将带材在多机架的辊式连续成形机上,按照一定的孔型系统逐渐连续弯曲成要求形状和规格的管筒(见带材成形孔型设计)的变形过程。(图2)辊式连续成形机的机架一般为二辊式,大管径也可采用多辊式。

闭口孔的上辊槽底带有导向环。立辊对改善成形质量有很大好处,它起导向作用,使成形过程中带材运行稳定不窜动;同时,通过孔型设计对管坯边缘进行侧面压缩,降低成形过程中边部的附加张应力,以防止焊缝附近起鼓包或波纹。另外,随着管坯弯曲程度的增大,下辊成形凹槽越来越深,上辊的凸肚越来越大,结果会使闭El孔之前的两架开口孔型上下辊的工作辊径相差很大,比值达到1.8~2.2。这样,上下辊接触面之间,就会因速度差而迅速磨损,并划伤管坯表面。用从动立辊取代这部分水平辊,就避免了这一缺点,并且简化了轧机结构。最后的成形在闭13孔内完成。为使焊缝对正管体中轴线,在焊缝一侧的成形辊槽底皆带有导向环,其厚度向出口逐架减薄。

 

成形机架的布置形式(见表)有:(1)水平辊与立辊交替配置;(2)在闭口孔前设置成组的立辊机架。因后者更好地利用了立辊的优点,所以采用日广。

 

立辊成形法(VRF法)是在充分利用立辊成形的优点的前提下开发的。成形机架除头两架开口孔为水平辊机架、最后的封闭孔型为水平辊机架或多辊机架外,其余均采用从动式立辊机架。特点是:(1)充分发挥了立辊压缩带材边缘、降低边部轴向附加张应力的作用,可提高成形质量;(2)孔型公用性强,适应规格范围广,调整方便灵活;(3)成形过程中带材运行稳定;(4)立辊变形接触区短,单位能耗低;(5)设备简单;(6)适用于中小型焊管生产。

(2)排辊成形。以一系列小辊群按一定变形规律连续排列,从两侧将带材连续卷曲进行成形的主要变形。只有第一架开口孔为水平辊机架,最后几架封闭孔型为水平辊或多辊机架。

在通常的辊式成形机上,在成形机架之间都会发生成形带材的回弹现象。为补偿回弹变形,下一机架的变形量必须相应加大,因而增大了带材边缘的相对延伸,增加了焊缝附近出现鼓包或波纹缺陷的倾向。排辊成形时由于在成形水平辊之间配置了一系列比较密集的小辊,它们不仅有效地限制了回弹变形,且使带材边缘沿着一条符合变形规律的成形曲线弯曲成管筒,成形过程中还能连续压缩边缘、减缓纵向附加张应力,所以能实现最佳成形,这在生产直径大于450mm的大管和薄壁管时尤为显著。

排辊成形是直缝焊管连续成形中质量最好的方法,因而自20世纪60年代问世以来,在大中型焊管生产中发展迅速。该法生产的管材外径为400~1200mm,最大壁厚22mm。

 

(3)履带成形。是排辊连续成形方法在小型管材生产中的发展,成形过程如图3所示。它是将排辊群进一步密集化,变成上下两块成形板,上板俯视为三角形,带材入口处宽,管筒出口处窄,三角形板的横断面形状按成形规律要求设计。下板由横断面为V形槽的履带链块拼成,随着履带由带材入口向管筒出口方向运转,带材被带入变形区,连续弯曲成形。管筒出口段的三角板横断面设计,还可以考虑对成形管筒底部给予一定的压缩量,以求带材的侧边与中底部的延伸平衡,使焊缝附近不产生波纹。此法生产的管材外径为20~50mm,壁厚0.5~3.5mm,壁厚与外径比达到1/100。

 





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