輥式成形 (roll forming process)
帶材在輥式成形機(jī)上連續(xù)彎曲成具有規(guī)定形狀和尺寸的管筒的變形工藝過(guò)程。
成形原理 帶材在連續(xù)彎曲成形過(guò)程中，產(chǎn)生橫向變形、高向變形和縱向變形。橫向變形指帶材橫斷面在各機(jī)架上的彎曲變形，它取決于孔型設(shè)計(jì)。高向變形是成形前后的厚度變化，此值很小一般不計(jì)。縱向變形是指帶材彎曲成管筒時(shí)，在軸線方向上帶材邊緣的變形，它決定著成形質(zhì)量。圖1為帶材成形過(guò)程中縱向變形的示意圖。如圖所示，在變形區(qū)內(nèi)帶材邊緣長(zhǎng)度L'，總是大于原來(lái)長(zhǎng)度L。為保證成形質(zhì)量，伸長(zhǎng)了的邊緣部分在變形結(jié)束時(shí)必須能恢復(fù)到原長(zhǎng)，否則在焊縫附近會(huì)產(chǎn)生波紋或鼓包。為此必須將邊緣在變形過(guò)程中的相對(duì)延伸限制在彈性變形的極限范圍之內(nèi)。這就要求成形機(jī)第一架輥軸到最后一架輥軸之間的距離適當(dāng)。對(duì)碳結(jié)鋼焊管，該距離一般為產(chǎn)品最大外徑的40～57倍，同時(shí)還需采取其他措施來(lái)控制帶材邊緣的相對(duì)延伸，以保證成形質(zhì)量。
成形方法 有輥式成形、排輥成形和履帶成形3種基本方法。
(1)輥式成形。是將帶材在多機(jī)架的輥式連續(xù)成形機(jī)上，按照一定的孔型系統(tǒng)逐漸連續(xù)彎曲成要求形狀和規(guī)格的管筒(見帶材成形孔型設(shè)計(jì))的變形過(guò)程。(圖2)輥式連續(xù)成形機(jī)的機(jī)架一般為二輥式，大管徑也可采用多輥式。
閉口孔的上輥槽底帶有導(dǎo)向環(huán)。立輥對(duì)改善成形質(zhì)量有很大好處，它起導(dǎo)向作用，使成形過(guò)程中帶材運(yùn)行穩(wěn)定不竄動(dòng)；同時(shí)，通過(guò)孔型設(shè)計(jì)對(duì)管坯邊緣進(jìn)行側(cè)面壓縮，降低成形過(guò)程中邊部的附加張應(yīng)力，以防止焊縫附近起鼓包或波紋。另外，隨著管坯彎曲程度的增大，下輥成形凹槽越來(lái)越深，上輥的凸肚越來(lái)越大，結(jié)果會(huì)使閉El孔之前的兩架開口孔型上下輥的工作輥徑相差很大，比值達(dá)到1.8～2.2。這樣，上下輥接觸面之間，就會(huì)因速度差而迅速磨損，并劃傷管坯表面。用從動(dòng)立輥取代這部分水平輥，就避免了這一缺點(diǎn)，并且簡(jiǎn)化了軋機(jī)結(jié)構(gòu)。最后的成形在閉13孔內(nèi)完成。為使焊縫對(duì)正管體中軸線，在焊縫一側(cè)的成形輥槽底皆帶有導(dǎo)向環(huán)，其厚度向出口逐架減薄。
成形機(jī)架的布置形式(見表)有：(1)水平輥與立輥交替配置；(2)在閉口孔前設(shè)置成組的立輥機(jī)架。因后者更好地利用了立輥的優(yōu)點(diǎn)，所以采用日廣。
立輥成形法(VRF法)是在充分利用立輥成形的優(yōu)點(diǎn)的前提下開發(fā)的。成形機(jī)架除頭兩架開口孔為水平輥機(jī)架、最后的封閉孔型為水平輥機(jī)架或多輥機(jī)架外，其余均采用從動(dòng)式立輥機(jī)架。特點(diǎn)是：(1)充分發(fā)揮了立輥壓縮帶材邊緣、降低邊部軸向附加張應(yīng)力的作用，可提高成形質(zhì)量；(2)孔型公用性強(qiáng)，適應(yīng)規(guī)格范圍廣，調(diào)整方便靈活；(3)成形過(guò)程中帶材運(yùn)行穩(wěn)定；(4)立輥?zhàn)冃谓佑|區(qū)短，單位能耗低；(5)設(shè)備簡(jiǎn)單；(6)適用于中小型焊管生產(chǎn)。
(2)排輥成形。以一系列小輥群按一定變形規(guī)律連續(xù)排列，從兩側(cè)將帶材連續(xù)卷曲進(jìn)行成形的主要變形。只有第一架開口孔為水平輥機(jī)架，最后幾架封閉孔型為水平輥或多輥機(jī)架。
在通常的輥式成形機(jī)上，在成形機(jī)架之間都會(huì)發(fā)生成形帶材的回彈現(xiàn)象。為補(bǔ)償回彈變形，下一機(jī)架的變形量必須相應(yīng)加大，因而增大了帶材邊緣的相對(duì)延伸，增加了焊縫附近出現(xiàn)鼓包或波紋缺陷的傾向。排輥成形時(shí)由于在成形水平輥之間配置了一系列比較密集的小輥，它們不僅有效地限制了回彈變形，且使帶材邊緣沿著一條符合變形規(guī)律的成形曲線彎曲成管筒，成形過(guò)程中還能連續(xù)壓縮邊緣、減緩縱向附加張應(yīng)力，所以能實(shí)現(xiàn)最佳成形，這在生產(chǎn)直徑大于450mm的大管和薄壁管時(shí)尤為顯著。
排輥成形是直縫焊管連續(xù)成形中質(zhì)量最好的方法，因而自20世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，在大中型焊管生產(chǎn)中發(fā)展迅速。該法生產(chǎn)的管材外徑為400～1200mm，最大壁厚22mm。
(3)履帶成形。是排輥連續(xù)成形方法在小型管材生產(chǎn)中的發(fā)展，成形過(guò)程如圖3所示。它是將排輥群進(jìn)一步密集化，變成上下兩塊成形板，上板俯視為三角形，帶材入口處寬，管筒出口處窄，三角形板的橫斷面形狀按成形規(guī)律要求設(shè)計(jì)。下板由橫斷面為V形槽的履帶鏈塊拼成，隨著履帶由帶材入口向管筒出口方向運(yùn)轉(zhuǎn)，帶材被帶入變形區(qū)，連續(xù)彎曲成形。管筒出口段的三角板橫斷面設(shè)計(jì)，還可以考慮對(duì)成形管筒底部給予一定的壓縮量，以求帶材的側(cè)邊與中底部的延伸平衡，使焊縫附近不產(chǎn)生波紋。此法生產(chǎn)的管材外徑為20～50mm，壁厚0.5～3.5mm，壁厚與外徑比達(dá)到1/100。
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