嵇雪飛(中建一局集團(tuán)第一建筑有限公司，上海 201103)

鋼板卷圓時(shí)，平板兩端各有一段長(zhǎng)度由于接觸不到上輥而不發(fā)生彎曲，稱為剩余直邊。工藝上將平板開(kāi)始彎曲的最小力臂叫做理論剩余直邊，該段直邊的大小與設(shè)備結(jié)構(gòu)及其彎曲形式有關(guān)，通常為 1.5～2.5 倍的待卷鋼板板厚。

目前，相貫鋼圓管大多采用相貫線切割機(jī)進(jìn)行加工，特別是成品圓管的相貫口切割。但是相貫線切割機(jī)成本較高，且切割下來(lái)的材料為弧形，很難再次利用，導(dǎo)致材料損耗較大，且切割時(shí)大截面鋼圓管需要來(lái)回吊運(yùn)及在大型胎架上轉(zhuǎn)動(dòng)，施工效率降低。

另外，鋼板采用傳統(tǒng)對(duì)稱的三輥卷板機(jī)進(jìn)行卷制，下料時(shí)需要預(yù)加一段剩余直邊，留待鋼板卷制成型后進(jìn)行切除，也導(dǎo)致了材料損耗加大，且增加了施工工序，降低了生產(chǎn)效率。

1 工 藝

本工藝對(duì)卷管工藝進(jìn)行改良，避免了預(yù)加剩余直邊的問(wèn)題，節(jié)省了材料，也減少了切割剩余直邊的工序，同時(shí)也不需要進(jìn)行鋼板預(yù)彎處理，優(yōu)化了工藝，提高了效率。主要流程為：構(gòu)件建模、鋼板放樣、編程下料、鋼板卷制、縱縫焊接、筒體復(fù)圓。

1.1 構(gòu)件建模

根據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙，利用 Creo 三維建模軟件，建立 1:1 全真三維相貫圓管。為了提高放樣精度，圓管建模時(shí)厚度為1mm ，直徑d 模為圓管的實(shí)際中徑，即d 模=d 實(shí)外—t 板厚。鋼板卷制時(shí)雖然鋼板有所延展，但是筒體縱縫焊接時(shí)，有部分的徑向焊接收縮。理論計(jì)算結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，鋼板延展與焊縫收縮值大致相當(dāng)，因此可以將圓管實(shí)際中徑作為鋼板下料的實(shí)際寬度。

圓管的長(zhǎng)度通常需要加 10～15 mm 余量，以預(yù)防組裝誤差(進(jìn)行切割校正)及縱縫焊接時(shí)的軸向收縮。

打開(kāi) Creo 三維建模軟件，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)模塊，此時(shí)軟件默認(rèn)單位為：N、mm、s。利用軟件的拉伸、切割、旋轉(zhuǎn)等功能，精確繪制相貫圓管(薄壁圓管)。示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 相貫鋼圓管示意圖

1.2 鋼板放樣

圓管展開(kāi)需要設(shè)置撕裂口，為了最大限度地提高材料使用率，減少材料損耗，撕裂口位置選擇在相貫口波峰處，由此展開(kāi)后的圖形放置在鋼板上，鋼板切割掉的部分才能最大限度地2次利用，提高材料使用率，減少材料損耗。示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 展開(kāi)圖置于鋼板示意圖

在圓管上設(shè)置放樣展開(kāi)撕裂口，撕裂口寬度為 0.1 mm，通長(zhǎng)設(shè)置。點(diǎn)擊面組展開(kāi)命令，選擇圓管作為需要展開(kāi)的面組，選擇撕裂口上的一個(gè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)固定點(diǎn)不動(dòng)，點(diǎn)擊確定。圓管與展開(kāi)圖形示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 圓管及展開(kāi)示意圖

隱藏筒體本身，將圖形導(dǎo)出為 CAD 格式圖形，展開(kāi)后的鋼板示意圖見(jiàn)圖4：

圖4 圓管展開(kāi)示意圖

1.3 編程下料

將展開(kāi)圖紙?jiān)O(shè)置好格式后，導(dǎo)入 Sinocam 軟件中，放置在相應(yīng)規(guī)格的鋼板上，設(shè)置割嘴型號(hào)、切割速度、起弧點(diǎn)、切割補(bǔ)償值等參數(shù)，點(diǎn)擊生成程序。車間根據(jù)此切割程序文件，調(diào)整鋼板位置進(jìn)行下料。

1.4 鋼板卷制

1.4.1 卷制設(shè)備

鋼管加工一般有2種方式，壓制和卷制。由于壓制對(duì)鋼板表面有壓痕損傷及壓制內(nèi)應(yīng)力過(guò)大，一般均采用卷制成型。常用的卷板機(jī)有對(duì)稱式三輥卷板機(jī)、不對(duì)稱三輥卷板機(jī)、四輥卷板機(jī)，其中對(duì)稱式三輥卷板機(jī)因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、重量輕、操作簡(jiǎn)便，應(yīng)用最為廣泛。

1.4.2 卷制原理

卷制時(shí)，鋼板置于卷板機(jī)的上下輥軸之間，當(dāng)上輥軸下降時(shí)，鋼板便受到彎矩的作用而發(fā)生彎曲變形，由于上下輥軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)輥軸與鋼板間的摩擦力帶動(dòng)鋼板移動(dòng)，使鋼板受壓位置連續(xù)不斷地發(fā)生變化，從而形成平滑的曲面，完成卷制成型工作。

1.4.3 鋼板卷制

(1)對(duì)稱三輥卷板機(jī)卷制。內(nèi)徑為 D1 的筒體，卷制曲率半徑為 D1/2+300 mm，卷制后形狀見(jiàn)圖5。

圖5 鋼板卷制示意圖

(2)筒體合口。在圖4位置處下壓，按照循序漸進(jìn)原則，每次下壓高度 50 mm，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)至兩端合口，合口后形狀見(jiàn)圖6。

圖6 筒體合口示意圖

兩端剩余直邊合口時(shí)，必須保證合口處平整，合口間隙控制在 0～2 mm 之間，不允許有錯(cuò)邊等缺陷。

1.5 縱縫焊接

筒體兩端合口時(shí)，在合口處點(diǎn)焊(1 處/m)，每處焊縫長(zhǎng)度≥ 50 mm，點(diǎn)焊完成后對(duì)合口處進(jìn)行焊接，焊縫余高≤2mm。筒體焊接采用在筒體自動(dòng)焊接中心或在專用自動(dòng)焊接胎架上進(jìn)行，筒體內(nèi)外側(cè)均采用自動(dòng)埋弧焊進(jìn)行焊接。

1.6 筒體復(fù)圓

筒體縱縫焊接完成 24 h 后，再將筒體置于卷板機(jī)上反復(fù)進(jìn)行滾壓，消除剩余直邊，并利用弧形樣板靠模檢查筒體圓度。樣板靠模采用計(jì)算機(jī)放樣、全自動(dòng)數(shù)控切割機(jī)下料，保證靠模的精度。筒體復(fù)圓及樣板靠模示意圖見(jiàn)圖7。

圖7 筒體復(fù)圓及樣板靠模示意圖

2 效 果

(1)大截面相貫鋼圓管制作工藝，采用 Creo 三維軟件進(jìn)行全真建模，對(duì)相貫口進(jìn)行展開(kāi)放樣，導(dǎo)出平面 CAD 圖紙，保證了放樣精度。

(2)大截面相貫鋼圓管制作工藝，對(duì)筒體的展開(kāi)二維圖形進(jìn)行預(yù)加 10 mm 余量，用于制造誤差及焊接收縮后的調(diào)整及補(bǔ)償，將二維圖形導(dǎo)入到 Sinocam 中進(jìn)行編程處理，設(shè)置切割順序及速度、切割補(bǔ)償值，精確進(jìn)行下料，從源頭保證了筒體的圓度及直徑。

(3)大截面相貫鋼圓管制作工藝，采用改良的三輥卷制工藝，不需要預(yù)加剩余直邊及預(yù)彎處理，節(jié)約材料，提高了施工效率。

(4)大截面相貫鋼圓管制作工藝，將部分車間作業(yè)搬至辦公室，在電腦上高精度完成，使得施工更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化，減少了施工工序，提高了施工效率及質(zhì)量。

(5)大截面相貫鋼圓管制作工藝，首次將機(jī)械設(shè)計(jì)軟件Creo 運(yùn)用到鋼結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域，并經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，具有很好的效益與可操作性，為后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)制造提供了解決難題的方法與思路。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上可知，大截面相貫鋼圓管制作工藝，是將機(jī)械設(shè)計(jì)軟件 Creo 運(yùn)用到鋼結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域，將理論與實(shí)際統(tǒng)一，軟件與施工結(jié)合，從源頭節(jié)約材料，控制精度，減少施工工序，保證了施工的效率及質(zhì)量，已成功應(yīng)用到杭州來(lái)福士廣場(chǎng)項(xiàng)目、廣州國(guó)際金融城等項(xiàng)目。技術(shù)安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，可廣泛應(yīng)用推廣。本工藝也為后續(xù)更復(fù)雜的構(gòu)件制作提供了解決思路與方法。