UOE直缝埋弧焊管生产线三大主成型工艺及设备

U 形管筒通过带侧立辊的输送辊道由 U 成
型工序进入 O 成型工序 ,在输送过程中 , U 形管
筒外表面被喷上润滑液 ,以减少与 O 成型模具的
摩擦力 。U 形管筒在 O 成型压力机内的定位是
通过光电开关检测其头部来完成的 , U 形管筒前
端总是定位在 O 成型压力机出口端确定位置 。
在纵向输送的过程中 , U 形管筒的实际长度可以
n—弯边步数 , n = 3～5。
2. 2 U 成型设备
U 成型设备由装在内支撑梁上的输入辊道 、
U 成型压力机及 U 形管筒输出辊道组成 。
输入辊道将预弯边后的钢板输送到 U 成型
压力机内 ,以钢板头部到达压力机出口端设定位
置为纵向定位 。同时 ,在纵向输送过程中将钢板
实际长度测量出来 , U 成型压力机可根据此测量
边部预弯后的钢板进入第二个成型工序 ——— U 成型 。钢板在 U 成型压力机上完成定位后 , U 成型压力机垂直压模向下运动 ,在下支撑辊或模 具的作用下 ,将钢板弯曲变形成 U 形管筒 。
U 成型压力机根据其下部机构不同分为凯泽 型 ( KA ISER) 、维尔森型 (VERSON )和曼内斯曼型 (MANNESMANN) 。凯泽型 U 成型压力机为连杆 自由弯曲式 ,其特点为成型时支点间距较大 ,垂直 压模压下到一定行程时 ,侧压辊连同连杆机构一同 向内继续将钢板弯曲成 U 形管筒 ;维尔森型 U 成 型压力机为摇臂模式 ,与凯泽型类似 ,靠垂直压模 施加压力 ,压下到一定行程时 ,下支撑辊模翻转 ,将 钢板弯曲成 U 形管筒 ;曼内斯曼型 U 成型压力机 是带有垂直主压力缸和侧压力缸的压力机 ,垂直主 压力缸与侧压力缸均可单独驱动 ,成型过程中侧压 力缸不受主压力缸的制约 。其特点是采用带曲率 半径的垂直冲模 ,冲模的曲率半径取决于钢种和成 品钢管的直径 ,因此可获得较好的弯曲性能 [4 ] ,是 当今世界较先进并被广泛应用的机型 。
两台 C形结构的压力机相对安装在同一设备 底座上 ,可以进行侧向调整以适应不同钢板宽度的 要求 。每台压力机均装有夹紧装置 ,用以在弯边操 作过程中牢牢地夹紧钢板 ,并使钢板靠紧上模具。 夹紧后 ,下模具液压压上 ,达到预设定的压力后 ,下 模具 、夹紧模依次复位 ,完成预弯边操作 ,如图 3所 示 。预弯边压力机采用多液压缸控制系统 ,保证成 型过程中无论载荷偏心与否 ,上、下模具自动保持 精确平行 ,同时系统也提供了过载保护功能。
尺寸精度 ,避免在 O 成型后管坯呈“梨形 ”。 钢板边部预弯通常在辊式弯边机或预弯边压
力机上完成 。辊式弯边机一般用于较薄钢板边部 的弯曲成型 ,对高强度厚板的预弯效果不理想 ,容 易造成钢板边部纵向延伸 。预弯边压力机是专用 的板边预弯成型的压力机 ,适用于厚板的预弯曲 成型 。根据钢板长度 、弯边模具长度 、压力机成型
减少弯曲模具的数量 ,每套弯曲模具的曲率可以
至少为相邻四种规格的钢管所共用 。同时 ,为减
少模具磨损 ,下模具设计成斜楔形 ,表面硬化处
理 ,便于磨损后的重磨或更换 。
弯曲模具的快速更换是由操作台控制通过液
压系统来完成的 。更换模具时 ,两台预弯边压力
机均调整至最外侧的模具更换台位置 ,由模具更
换台上的链式推拉系统完成模具更换工作 。
系统可以保证成型过程中各种负荷状态上 、下模 具的整体直度 ,上 、下模具无需合模即可保证生产 出圆度 、直度均满足要求的钢管 。此外 ,通过调整 设定压力可以控制合适的开口缝尺寸 ,减轻了后 续定位预焊工序的工作量 。
O 成型过程是通过上模压下将 U 形管筒变 形为 O 形管筒的 。大多数情况下 ,压下液压缸足 以完成由 U 到 O 的变形 ,主液压缸的作用是施加 额外的压力 ,通过在钢管内部产生切向应力来消 除残余弯曲应力 。
O 成型完成 ,上模具提升后 , O 形管筒由下模 具内的支撑辊抬起 ,输出辊道将其输送出 O 成型 压力机 。
模具快速更换采用专用的小车 。生产时 ,小车 在线安装在下模具装置下部。更换模具时 ,成型压 力机上横梁及上模具落在下模具上 ,上横梁与上模 具之间的液压夹紧装置打开 ,小车连同上下模具由 链式推 - 拉装置拉出成型压力机 。另外一套模具 由车间起重机吊运至小车上以后 ,再由链式推 - 拉 装置推入成型压力机 ,完成模具的更换。
测量出来 ,成型压力可以根据测量出的 U 形管筒
实际长度自动进行调整 ,无需人工调整 。
O 成型压力机每架牌坊上均设置主液压缸 ,
用以提升压下梁及成型模具 。每个主液压缸周围
都对称布置四个副压下液压缸 ,用以保持压下梁
均匀 、对称的成型压力 。O 成型压力机采用多液
压缸控制系统 ,保证成型过程中无论载荷偏心与
●工艺与设备
焊管 ·第 31卷第 5期 ·2008年 9月
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UO E直缝埋弧焊管生产线
三大主成型工艺及设备
李国栋
(中冶东方工程技术有限公司秦皇岛设计研究院 , 河北 秦皇岛 066004)
摘 要 : 简要介绍了 UOE直缝埋弧焊管生产线三大主成型工序 (钢板预弯边 、U 成型及 O 成 型 )的工艺及设备 ,对三大主成型工序成型压力计算公式进行了归纳和总结 ,并举例说明了预 弯边压力机 、U 成型压力机和 O 成型压力机的主要工艺参数 。 关键词 : UOE焊管 ; 成型工艺 ; 预弯边 ; U 成型 ; O 成型 中图分类号 : TG375 + . 23 文献标志码 : B 文章编号 : 1001- 3938 (2008) 05 - 0059- 04
曼内斯曼型 U 成型压力机变形过程按以下 两个阶段完成 : ①垂直冲模压下 ,钢板在垂直冲模 以及下支撑辊的作用下变形为两腿微张的 U 形 ; ②两侧水平压辊向内压进 ,钢板继续变形并形成 一定的过弯 ,使弹性恢复后成型为规则的 U 形管 筒 。其 U 成型两个变形阶段如图 2所示 。
工序 ———O 成型 。在此工序中 , O 成型压力机上 模压下 ,完成将 U 形管筒变形为 O 形管筒的变形 过程 。O 成型压力机上装有两个对开的半圆柱面 的压模 (如图 1) ,将 U 形的两个腿弯曲后 ,再进一 步变形为 O 形 ,施加一定程度的压缩变形 ,控制 成型后的几何形状的同时 ,控制弹性恢复 。
预弯边压力机成型压力和夹紧力采用 Fc =
2.
749 ×lσt ×10 - 4和
n
Fc l
= 6.
364
×lσt ×10 - 5公式
n
计算 (参考国外某公司的经验公式 ) 。
式中 : Fc —最大弯边力 ; Fcl —最大夹紧力 ; σ—钢板最大屈服强度 ;
l———钢板最大长度 ;
t—钢板厚度 ;
2 UO E直缝埋弧焊管生产线三大主成型 设备
2. 1 预弯边成型设备 预弯边成型设备由输送辊道和两台 C形结构
的压力机组成 。输送辊道的作用是将钢板逐步送 入预弯边压力机。辊道工作面衬有聚氨酯 ,以减少 钢板输送过程中的噪音 。钢板头部和尾部进入预 弯边压力机的定位都是依靠光电开关完成的 ,即 : 预弯边压力机前的光电开关检测到钢板头部或尾 部后 ,控制输送辊道将钢板向前输送一定的距离。 同时 ,钢板在传送的过程中可以测量出其实际长 度 。安装在输送辊道上的对中装置保证钢板进入 预弯边压力机后沿钢板宽度方向的对中 。
行 ,同时此系统提供了过载保护功能。垂直冲模及
水平压辊动作通过电 - 液控制系统进行控制。
U 成型结束后 ,内支撑梁将 U 形管筒抬升至
输送标高 ,内支撑梁内辊道启动 ,将其平稳地输出
U 成型压力机 。
模具快速更换时 ,利用内支撑梁内输送辊道将
专用的模具更换小车输送到 U 成型压力机内 ,垂
直弯曲模具梁下降 ,将成型模具置于模具更换小车
图 2 曼内斯曼 U成型两个变形阶段示意图
图 3 钢板预弯边示意图
1. 3 O 成型 钢板变形为 U 型管筒后 ,进入第三个主变形
为得到良好的边部弯曲效果 ,预弯边压力机 压力 ( Fc ) 应能满足弯边后未弯曲宽度小于 1 ～
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否 ,上 、下模具都能自动保持精确平行 。同时 ,此
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R —U 成型压力机弯曲模半径 ;
r—支撑辊半径 ;
X —支撑辊间距之半 , X = R + r + 4 t;
l—钢板长度 ;
σ—钢板最大屈服强度 。
2. 3 O 成型设备
O 成型设备由带侧立辊的输送辊道 (包括 U
形管筒表面润滑装置 ) 、O 成型压力机以及与模具
更换小车整合于一体的输出辊道组成 。
第 31卷第 5期 李国栋 : UOE直缝埋弧焊管生产线三大主成型工艺及设备
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1. 5倍板厚的要求 ; 夹紧压力 ( Fcl )应足以保证弯 边过程中钢板靠紧上弯曲模的同时 ,防止钢板偏
移造成边部弯曲出现意想不到的形状 (见图 3) 。
弯曲模具的曲率应根据钢板的壁厚 、力学性
能并考虑弹性恢复的影响而进行设计 。为尽可能
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力以及生产能力的不同 ,预弯边压力机的弯边操 作是分若干步完成的 ,钢板每前进一个模具长度 , 下模具压上一次 ,直至整个板边长度都完成预弯 边操作 ,一般分作 3～5步完成 。 1. 2 U 成型