王亞利，石旭珺

(天水鍛壓機床(集團)有限公司 技術中心，甘肅 天水 741020)

一種預彎機模具的研究與應用*

王亞利，石旭珺

(天水鍛壓機床(集團)有限公司 技術中心，甘肅 天水 741020)

預彎機是大直縫埋弧焊管生產線上不可缺少的關鍵設備之一，該設備壓制成形的鋼板板邊曲率半徑需與成品鋼管一致。為滿足產品的使用要求，模具采用了漸開線曲線，根據管徑要求選取基圓半徑，得到相應的漸開線曲線的特征值，確定了預彎后的彈變數值，并就生產實際舉例說明。

預彎機模具；漸開線；厚壁鋼管；回彈

0 引 言

隨著石油、天然氣等能源的深度開發(fā)利用，直縫埋弧焊管在油氣輸送線的需求量將會越來越大。我國目前大直縫焊管的生產方式主要有UOE及JCOE兩種，在壓制過程中板邊存在一段直邊，焊接成形后在兩直邊焊接區(qū)域會形成兩個直線段，并且無法矯圓，這是不符合油氣輸送管標準的。為了消除上述現象，在壓制成型前增加預彎工序，即將鋼板板邊按成形機鋼管管徑曲率半徑要求，對鋼板板邊預先壓制，將鋼板板邊壓制為成形后鋼管的曲率，從而保證成形后鋼管的曲率半徑一致，達到輸送石油管道對鋼管圓度的要求，因此板邊預彎是直縫鋼管生產的重要工序，是制管生產線上不可缺少的關鍵設備之一。

1 預彎機工作原理

預彎機主要由底座、兩C型機架、油缸單元、模具及輔機等組成。該機結構是在一個底座上相對布置了兩臺C型機架，由底座上安裝的雙伸軸減速機帶動左、右絲杠旋轉，使兩臺機架作相對運動，從而使它們之間的距離可以相互調整，達到對不同寬度的鋼板進行彎曲的要求。鋼板被逐段分步送入該機的上、下模具之間，壓制板邊的上模固定在機架上，由兩臺下動式油缸同步驅動下模向上運動，上下模具接合同時壓制一張鋼板兩邊，就得到彎曲曲率半徑與成品鋼管半徑非常接近的彎邊。如圖1所示。

圖1 主機示意圖

2 輪廓曲線的確定

預彎壓制需要達到鋼板板邊的曲率半徑與成品管管徑一致，在壓制時隨著靠近中心，因為板邊以內的部分需要參與二次壓制成形，在此工序不參與變形，其曲率半徑需逐漸增大，直至趨于平直。若選擇圓弧模，也應該是不同圓弧半徑過渡相接的一組圓弧。而漸開線剛好滿足曲率半徑由小增大的要求，因此采用漸開線模具曲線是一種理想的輪廓曲線。

3 應用舉例

采用設備公稱力為2 000 t，液壓系統(tǒng)公稱壓力為25 MPa的預彎機，需要生產的鋼管規(guī)格為：Da=1 219.2 mm，壁厚S=34 mm，材質X70，材料的屈服強度σ0.2=420 MPa，擴徑率η=1.10%。

(1) 上、下模具采用漸開線輪廓曲線，根據鋼管管徑、鋼板屈服強度選擇基圓半徑為520，漸開線起點角度為45°，漸開線終點角度為90°，曲線寬度為441.1，曲線高度為160.3。產品具體尺寸設計如圖2所示。

圖2 上、下模具壓制示意圖

(2) 為查詢方便，表1中列出了曲線的輪廓參數表，表內給出了該曲線的特征值，在某一點的法線對垂線的夾角a上的(X、Y)坐標、曲率半徑R、曲線弧長B。

表1 曲線的輪廓參數表 /mm

表1(續(xù)) 曲線的輪廓參數表

(3) 壓制后的板邊發(fā)生回彈，φ1 219.2厚壁管徑的模具在板材的屈服強度Qs(N/mm2)下考慮回彈時，鋼板的折彎半徑R′及卷彎角ɑ′，如表2所列。

表2 回彈后鋼板的折彎半徑R′及卷彎角ɑ′

(4) 在2 000 t預彎機設備的具體操作如下：

① 鋼板寬度

C=(Da-S)×π×(1-η)

=(1219.2-34)×π×(1-0.011)

=3 682.46(mm)

式中：D為鋼管的外圓直徑(mm)；S為板厚(mm)；η為擴徑系數(η=1.0%～1.12%)。

② 對中輥內間距

E=C+2=3 682.46+2=3 684.46 (mm)

③ 鋼板單邊的彎邊寬度(見圖3)

B1=B+ΔLN+S+H

其中B1值由以下方法求得：查表1，當生產鋼管的直徑Da=1 219.2 mm，壁厚S=34 mm，材質X70，材料的屈服強度σ0.2=420 MPa時，考慮彈性恢復鋼板板邊的折彎的曲率半徑R=522.5 mm、彎邊角度a=32.25°。

查表2，上模曲線上點的曲率半徑R接近522.5 mm點特征值為：X=360.00，Y=96.12，R=524.03，B=377.47，а=32.26°，模具漸開線起點的半徑RA=816.81，漸開線基圓半徑r=520，假設H=2.93，則：。

圖3 模具預彎示意圖1.上模 2.下模 3.板料

④ 機架開口

A=C-2×B1=3 682.46-2×423.97=2 834.52(mm)

⑤ 壓制力F是由鋼板的厚度，材料的屈服強度、彎邊角度以及在壓機中和鋼板邊部的摩擦損失等因素決定的。卷邊角度(正)和摩擦損耗(負)對壓制力

的影響十分輕微，因為它們或多或少彼此互相抵消，并且由于這些因素很難確定，測定的數值也相當的不精確(摩擦值)，在以下的運算中忽略不計。壓制力的計算方法近似如下(該公式適用于當剩余的直邊長度為壁厚一倍的條件下)：

=7.4375(MN)

式中：F為壓制力(MN)；B為卷彎寬度(模具的有效長度) (Bmax=250 cm)；S為板厚(cm)；σ0.2為σs材料的曲服強度(N/mm2)；Z為允許的公差范圍；104為尺寸補償；6為阻力矩系數。

⑥ 液壓系統(tǒng)壓力

=96.6(Bar)=9.7(MPa)[1]

式中：A為油缸的作用面積 (cm2，常量7 698.47)；10為單位換算系數。

⑦ 彎邊高度

Y=Y×0.7=96.14×0.7=67.284(mm)

機器按計算或查表進行調整后先進行預壓，折出一次后進行測量，根據測量結果再對機器進行微調，待壓出的板邊合乎要求后再進入連續(xù)工作。合格的壓制段應是鋼板板邊的曲率半徑與鋼管的內圓半徑相等，靠里的部分按漸開線規(guī)律逐漸變化為平直。

該厚壁鋼管的預彎機的模具在計算鋼板寬度、對中輥內間距、壓制力、彎邊高度等方法參照國外的計算公式并與生產實際吻合，設計的模具在壓力允許的范圍內，實際應用效果良好。

4 總 結

通過對厚壁鋼管成形時預彎機漸開線模具曲線的研究與應用，證明該理論符合產品要求。依此類推，對于各種不同管徑、不同壁厚的鋼管可選用基圓半徑不同的漸開線曲線，解決了一直困擾在模具曲線設計方面的參數的選定、彈變數值的確定等難題，建立了一套較完整的結構設計，對指導生產起到了積極的作用。

[1] 成大先.機械設計手冊[M].第四版.北京:化學工業(yè)出版社,2002.

Research and Application of a Kind of Mould of Pre-bending Machine

WANG Ya-li, SHI Xu-jun

(TechnicalCenter,TianshuiMetalFormingMachineTool(group)Co.,Ltd,TianshuiGansu741020,China)

Pre-bending machine is one of the indispensable key appratus on the production line of large diameter longitudinal seam submerged arc welding pipe, the curvature radius of the plate end formed by the appratus should be in accordance with the finished product. In order to meet the product′s using requirments, the mould adopts involute curve, and selects base circle according to the diameter of the pipe, so the eigenvalue of the corresponding involute curve is got, the springback value after pre-bending is confirmed, and exemples are illustrated with production practice.

mould of the pre-bending; involute；thick wall pipe；springback

2014-03-12

王亞利 (1978-)，女，陜西岐山人，工程師，主要從事鍛壓設備和制管設備的開發(fā)設計工作。

TG76

A

1007-4414(2014)02-0084-03