排輥成形(cage roll forming process)

帶材(焊管坯)被兩排若干組被動(dòng)小輥連續(xù)彎卷成管筒的輥式成形工藝。也叫籠式成形。在焊管坯的連續(xù)排輥成形過(guò)程中，利用三點(diǎn)彎曲原理，在精成形(封閉孔型)前采用一組或多組位置可調(diào)的成排的被動(dòng)小輥機(jī)架，代替普通輥式成形時(shí)使用的若干主動(dòng)水平機(jī)架和被動(dòng)立輥機(jī)架，帶材可按所設(shè)計(jì)的孔型系統(tǒng)變形成管筒.

排輥成形機(jī) 排輥成形機(jī)的種類(lèi)很多，但大體上可分成兩類(lèi)：全排輥成形機(jī)和半排輥成形機(jī)。全排輥成形機(jī)是在第一架初成形水平機(jī)架至精成形機(jī)架問(wèn)全部由可調(diào)排輥組成的成形機(jī)，如圖1所示。半排輥成形機(jī)是在第一架初成形水平機(jī)架與精成形機(jī)架間有水平機(jī)帶架和若干可調(diào)排輥組的成形機(jī)，如圖2所示.

簡(jiǎn)史 排輥成形起源于美國(guó)。20世紀(jì)60年代最早的排輥是在焊接的籠形框架上安裝了一些小輥?zhàn)?，用以代替輥式成形機(jī)水平機(jī)架問(wèn)的立輥，這樣減少了管坯的邊緣折皺，提高了焊接質(zhì)量。每換一次產(chǎn)品規(guī)格換一組籠子。這種成形機(jī)實(shí)際上是不可調(diào)的半排輥成形機(jī)的雛形，其優(yōu)點(diǎn)是：減少了功率消耗和軋輥的磨損，特別對(duì)于大口徑焊管，消除了管坯的劃傷。60年代末至70年代初，焊管向大口徑方向發(fā)展，根據(jù)已有的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)美國(guó)人托倫斯(Torrens)設(shè)計(jì)了世界上第一套全排輥成形機(jī)。它取消了中間水平機(jī)架和立輥機(jī)架，采用單半徑孔型系統(tǒng)，幾組可調(diào)被動(dòng)小輥可適用于所有規(guī)格的產(chǎn)品。但這種成形機(jī)調(diào)整很麻煩。70年代初美籍華人張智慧發(fā)明了適用于雙半徑孔型系統(tǒng)和調(diào)整簡(jiǎn)便的全排輥軋機(jī)(圖3)并獲得專(zhuān)利權(quán).

圖3  張智慧發(fā)明的全排輥成形機(jī)
  口斷面圖；6一排輥位置設(shè)計(jì)方案
1  底線；2一帶鋼；3輥?zhàn)?/span>移動(dòng)直線軌跡

80年代初期全排輥成形發(fā)展到了鼎盛時(shí)期，它以其無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)為壁厚與管徑比(t／D)小的薄壁大口徑鋼管生產(chǎn)提供了可靠的成形技術(shù)。但它只適用于薄壁管和中等壁厚管的生產(chǎn)，也就是t／D在≤1％(下限)到<5％(上限)范圍內(nèi)。80年代后期焊管向厚壁、特殊材質(zhì)和高強(qiáng)度方向發(fā)展，而全排輥成形機(jī)最大的缺陷是生產(chǎn)厚壁管時(shí)剛度不足。為了充分利用排輥成形的優(yōu)點(diǎn)，1984年日本新日鐵公司設(shè)計(jì)了一套半排輥φ406m(16in)成形機(jī)，生產(chǎn)管徑114．3～406mm、壁厚2．1～19mm、t／D1．2％～12％的厚壁管，采用w孔型系統(tǒng)，如圖4所示.

圖4新日鐵半排輥成形機(jī)孔型圖
 

    1  孔型底線；2擠壓輥孔型
n、6、c一第1～第3架初成形水平軋輥孔型
    d一排輥孔型；e一精成形孔型

1984年西德曼內(nèi)斯曼一德馬克(Mannesmann Demag)公司制造了一種直徑33～11．4mm、壁厚2～7mm、壁厚與管徑之比t／D一12．5％～1．25％的全排輥軋機(jī)(圖圖5),采用U形孔型系統(tǒng)..

1985年中國(guó)河北省張家口市建成一套114mm排輥成形機(jī)，開(kāi)始了薄壁焊管的生產(chǎn)。隨后中國(guó)又建成了兩套t／D更小的全排輥成形機(jī)組，生產(chǎn)管徑139．7～508mm、壁厚3．17～12．7mm的薄壁焊管。

中國(guó)第一個(gè)焊管成形專(zhuān)利“多功能直縫焊管工藝及成形機(jī)組”(專(zhuān)利號(hào)CNl066805A)則采用排輥和立輥相結(jié)合的方式成形，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。該機(jī)組用專(zhuān)門(mén)的孔型系統(tǒng)及特殊的輥組系統(tǒng)，可生產(chǎn)高質(zhì)量、t／D<1％的薄壁管及t/D>9%的厚壁管，直徑為60～168mm，壁厚為1．5～10mm，最高材質(zhì)σs=552MPa，直徑公差±0．1mm。該成形機(jī)組適用于結(jié)構(gòu)管、水煤氣管、汽車(chē)傳動(dòng)軸管、高中壓鍋爐管、高壓輸送管、液壓缸管、油田用泵管、套管及油管等成形。該軋機(jī)成形機(jī)架次少，調(diào)整簡(jiǎn)便，精成形前所有架次均以一種軋輥適用于所有規(guī)格，因此輥?zhàn)觾?chǔ)備少，壽命長(zhǎng)，投資少.

薄壁管成形的變形規(guī)律要求新的成形機(jī)組朝著保證最好的鋼管質(zhì)量、最少的軋機(jī)架次、最小的功率消耗和軋輥消耗、最佳的管坯應(yīng)力狀態(tài)以及最簡(jiǎn)便的凋整方向發(fā)展.

工藝特點(diǎn) 排輥成形同輥式成形相比的特點(diǎn)是：排輥成形的工藝特點(diǎn)是：(1)管坯邊緣無(wú)波浪，成直線狀態(tài)，如圖7所示，這樣就減少了局部成形區(qū)內(nèi)非彈復(fù)區(qū)與彈復(fù)區(qū)間帶鋼邊緣的運(yùn)動(dòng)軌跡。大量試驗(yàn)證明，成形區(qū)帶鋼邊緣的拉伸變形存在峰值，它分布在接觸區(qū)和非接觸區(qū)的邊界上。帶鋼邊緣的縱向變形量與彎曲區(qū)長(zhǎng)度上的彎曲角的一階導(dǎo)數(shù)成比例。峰值(即邊緣縱向變形的極大值)正好是沿變形區(qū)彎曲角曲線的拐點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)。排輥成形時(shí)帶鋼邊緣成直線狀態(tài)，沒(méi)有彈復(fù)區(qū)，沒(méi)有波浪也就沒(méi)有拐點(diǎn)，換句話說(shuō)即成形區(qū)長(zhǎng)度上的變化均勻，就一階導(dǎo)數(shù)而言建立了一個(gè)函數(shù)單調(diào)變化的區(qū)段。這樣就消除了邊緣拉伸的峰值，也就消除了管坯邊緣的折皺，提高了鋼管質(zhì)量；同時(shí)減少了變形區(qū)的長(zhǎng)度和機(jī)架的數(shù)量，節(jié)省了設(shè)備的投資。(2)排輥成形時(shí)軋輥與管坯成點(diǎn)狀接觸，同步運(yùn)行，因而消除了軋輥與管坯間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所消耗的無(wú)用摩擦功，避免了管坯的劃傷，同時(shí)也大大減少了功率消耗及軋輥磨損。(3)排輥成形時(shí)成形輥共用性大，通過(guò)排輥空間位置的調(diào)整，可用一套軋輥適應(yīng)所有規(guī)格的任何孔型系統(tǒng)的焊管。這樣不僅節(jié)約軋輥的儲(chǔ)備和投資，同時(shí)節(jié)省了變換規(guī)格的時(shí)間.

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