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 異型管先成槽圓再變異工藝研究

 
摘要:指出了先成圓後變異和直接成異工藝在生産槽類異型管方面的不足,提出以先成圓後 變異工藝為載體,将直接成異工藝中實軋凹槽孔型移植到先成圓後變異工藝之第一道開口成型 孔型上,并逐步成型、焊接為有槽圓管,随後利用現有異型軋輥整形成槽類異型管,從而形成 先成槽圓再變異的新工藝。新工藝注重凹槽孔型與成圓孔型有機結合,并針對凹槽與成圓相互 協調的孔型提出了一次軋制、同時軋制、公稱尺寸設計、避空軋制等設計原則和方法。先成槽 圓再變異工藝所生産的異型管槽型規整,焊縫強度高,焊接速度快,劄輥共用率高,為優質高 效低成本地生産槽類管開辟了一條新途徑。
 
關鍵詞:槽類異型管;先成槽圓再變異;直接成異;孔型設計
 
i概述
 
目前,焊管企業在生産缺角管(如圖i所示) 或管體有v槽、r槽、u槽、n槽的異型管時, 一般采用兩種成型工藝。一是先成圓後變異工 藝,路徑是:平直鋼帶—成型焊接成圓管—異型 管;二是直接成異工藝,路徑是:平直鋼帶—軋
彎成連續折線—焊接成異型管。這兩種工藝,在 生産凹槽類管型時各有優缺點。前者的優點是焊 縫強度高、焊縫表面光滑、生産效率高、管壁厚 薄皆宜、模具共用率可達60%~70%;缺點是成 品管上的圓角大小懸殊。以圖1中的缺角管為 例,厶4 和乙C處偏大最為常見,平面a
 
和平面6非凹即凸呈弧線,直線45與長度
 
圖 1 40 mmx40 mm-(20 mmx20 mm)xl.O mm 缺角管
也難相等。這些缺陷,是空腹變形工藝的衍生問 題,較難實現自我完善。後者的優點是産品形狀 較好、内外圓角大小接近、平面a與平面6較平, 但缺點也很明顯。首先是焊接穩定性差,不太适 合于薄壁管;其次是生産效率低,僅為前者的 30%~40%;三是模具共用率低,産品開發成本高。 這些不足,很難在直接成異工藝範圍内自我改進。
 
從現行兩種工藝的優缺點看,缺點明顯且難以 在工藝範圍内取得突破。但是,二者優點也顯而易 見,且具有較強互補性,因此,可以探索一種集先 成圓後變異與直接成異工藝之優點的新工藝方法, 以實現優質、高效、低成本地生産槽類異型管。
 
2現行兩種工藝對新工藝的啟迪
 
現行工藝在成型槽類管型方面各有所長,倘 若能直接将成異工藝中乳槽的實乳孔型移植到先 成圓後變異工藝之成圓孔型上,使軋槽與成圓同 步進行,并按先成圓後變異工藝流程操作,那麼 當凹槽基本成型後,隻要成“槽圓”過程和 “槽圓”變異過程中的變形量、公差和焊縫位置 控制得當,就能确保最終的槽型管型、焊縫強度 和生産效率達到設計目标的要求。
 
3先成槽圓再變異工藝
 
3.1先成槽圓再變異工藝
 
該工藝是以先成圓後變異工藝為載體,将直 接成異工藝中的實軋凹槽孔型與先成圓後變異工 藝中的成圓孔型做适當取舍、合二為一。通常讓 直接成異工藝中軋槽部分的孔型附着在第一道成 圓孔型上,使管坯在成圓的同時乳出槽形的基本
曹國富:異型管先成槽圓再變異工藝研究
 
尺寸和形狀,待成圓合縫後焊接成有槽圓管,然 後通過異型軋輥,把有槽圓管變形為各種槽類異 型管。其主要工藝路徑如圖2所示。
圖2先成槽圓再變異工藝流程
3.2先成槽圓再變異工藝的特征
 
新舊工藝變形花對比如圖3所示。從3個變 形花和3種變形過程中可以看出,先成槽圓再變 異工藝最顯著特征是:對凹槽的乳制一軋定終身。 主要體現在3個方面:
0. 1. 2, 3分别為變形順序 圖3新舊工藝變形花
 
(1)隻有最初的孔型與軋槽有直接關系。一 般隻用一道孔型一邊軋槽一邊進行成圓變形,其餘 道次的孔型均與軋槽無直接關系。而最終成品管上 槽的長短、盲孔型部位角的大小、槽邊的曲直 等,是由最初軋槽孔型所決定的,其他道次的孔型 僅僅對槽底開口寬度産生輕微影響。如果對槽底開 口寬度預先控制得當,這種影響就很小。
 
(2)充分利用上下輥凹凸部位可以相互切入 的孔型,對管坯實施實軋,不僅從一開始就能精 準地軋出槽頂寬、槽長、盲角以及平面a和平面 b,而且能夠從一開始就将槽的位置精準定位, 并且不會在後續成圓及變異過程中發生大的改 變。槽各部分的名稱如圖4所示。
直徑》
Pi —周向壓縮力蔔一橫向變形力 圖4槽各部分名稱
 
(3)軋槽與成圓變異有機結合,一旦槽成型 後,便與繼續成圓變異的管坯并行不悖、相伴始終。
 
由此可見,新工藝關注點主要是關于槽的軋 制,因為槽的形狀是評價槽類管優劣最重要的标 志,也是整個成型過程的關鍵所在。故此,以下 論及的孔型設計原則主要是針對軋槽而言。
 
3.3 凹槽孔型設計原則
 
3.3.1 同時軋制原則
 
同時乳制原則是先成槽圓再變異工藝孔型設 計的首要原則。它是将用于軋槽的孔型附着在第 一道成圓孔型上,當孔型對鋼帶進行成圓變形 時,槽的軋制也在同步進行。也就是說,一旦平 直鋼帶開始成圓變形,那麼,在變形管坯相應部 位就發生軋槽變形,二者同時進行。這有利于凹 槽在管坯和成品管上精确定位,因為隻要成圓孔 型上成槽凸筋和凹槽依據一定尺寸被“固化” 後,根據映射原理,當成品管基本尺寸到位後, 成品管上的凹槽形狀、凹槽位置和凹槽尺寸就已 經被“定格” 了,不會發生大的改變。而且,管 體丨:槽越多,同時軋制的重要性就越顯現。
 
3.3.2 一次軋制原則
 
一方面要求對槽的軋制盡量隻采用一個道次 完成,那怕要成型的槽可能比較深比較長,也必 須至少将槽長、槽頂寬、盲角等一次軋制成型。 對于槽底寬是否需要一次軋制成型,則主要視槽 深、槽底寬而定。槽深一次軋制量以槽深類型為 标志,參考槽深變形程度A, A —般不少于成槽 深度的60%,餘下不足40%部分可在随後成圓 變異孔型中逐步達到。A和e取值見表U
 
對于深長槽,考慮到後續變形對槽底寬内斂 量的影響,槽底寬也不宜一次到位。反之,對較 淺較短的V槽、R槽,則提倡一次軋成,因為
表1 A和e取表值
槽深類型 成品槽深" 槽深變形程度A/% 微避空系數e
特淺槽 H^t 100 0.05
淺槽 t<H^2t 99-90 0.06 0,08
較深槽 2t<H^t 89 80 0.09-0.15
深槽 4t<H^6t 79-70 0.16-0.20
特深槽 H>6t 60-69 0.21-0.40
 
這類淺槽抵抗内斂的能力強,受周向壓縮力八和 橫向變形力巧作用時(見圖4),槽底寬不會輕易 變形。對于多而淺小的槽,則必須一次軋槽成型, 否則,在後續變形中很難對多槽槽型進行控制。 深槽淺槽的判據參見表1。
 
另一方面,根據成槽原理,孔型上的槽底寬 度總是後一道比前一道窄,這樣,後一道較窄的 軋槽孔型很難恰好與前一道次留在管坯上的較寬 軋槽完全吻合,或多或少都會發生相互幹涉,這不 但會破壞已經成槽的形狀,還會軋傷槽表面,甚至 造成管埋在軋痕部位被撕裂。這種工藝事實也要求 凹槽盡可能一次完成,或一?欠完成凹槽主體。
 
3.3.3 避空設計原則
 
避空設計原則分全避空和微避空兩種。
 
(1)全避空指在對應于管坯上亦已成槽的凸 起部位,對後續實軋開口成圓孔型,無論是上輥 或者是下輥都必須為管坯上的凸筋不受阻礙地順 暢通過留出足夠空間。
 
全避空槽型寬度//由(1)式确定。
 
//=(1.5~3)/, (1)
 
式中:/,一第一道成槽成圓上輥孔型凹槽開口寬 度,mm。
 
全避空槽型深度wr由(2)式确定。
 
H^H+(l~3)t , (2)
 
式中://一成品管槽深;
 
管坯厚度,《<1 mm,系數取較大值, t^l mm,系數取較小值。
 
全避空槽型可以與成品管槽型相似,亦可采 用Z/xW/的門框形。
 
全避空設計的必要性在于避免後道孔型對已 經軋出的槽發生錯槽軋制。事實上,受鋼帶S 彎、軋槽過程中管坯被橫向延伸、成型設備對管 坯橫向穩定控制能力等諸多因素影響,如果不進 行全避空設計,則很難保證後道次孔型不發生錯 槽軋制。這一原則對管體槽數多于兩槽的槽類管
 
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