异型管先成槽圆再变异工艺研究
摘要：指出了先成圆后变异和直接成异工艺在生产槽类异型管方面的不足，提出以先成圆后 变异工艺为载体，将直接成异工艺中实轧凹槽孔型移植到先成圆后变异工艺之第一道开口成型 孔型上，并逐步成型、焊接为有槽圆管，随后利用现有异型轧辊整形成槽类异型管，从而形成 先成槽圆再变异的新工艺。新工艺注重凹槽孔型与成圆孔型有机结合，并针对凹槽与成圆相互 协调的孔型提出了一次轧制、同时轧制、公称尺寸设计、避空轧制等设计原则和方法。先成槽 圆再变异工艺所生产的异型管槽型规整，焊缝强度高，焊接速度快，札辊共用率高，为优质高 效低成本地生产槽类管开辟了一条新途径。
关键词：槽类异型管；先成槽圆再变异；直接成异；孔型设计
i概述
目前，焊管企业在生产缺角管(如图i所示） 或管体有v槽、r槽、u槽、n槽的异型管时， 一般采用两种成型工艺。一是先成圆后变异工 艺，路径是：平直钢带—成型焊接成圆管—异型 管；二是直接成异工艺，路径是：平直钢带—轧
弯成连续折线—焊接成异型管。这两种工艺，在 生产凹槽类管型时各有优缺点。前者的优点是焊 缝强度高、焊缝表面光滑、生产效率高、管壁厚 薄皆宜、模具共用率可达60%~70%;缺点是成 品管上的圆角大小悬殊。以图1中的缺角管为 例，厶4 和乙C处偏大最为常见，平面a
和平面6非凹即凸呈弧线，直线45与长度
图 1 40 mmx40 mm-(20 mmx20 mm)xl.O mm 缺角管
也难相等。这些缺陷，是空腹变形工艺的衍生问 题，较难实现自我完善。后者的优点是产品形状 较好、内外圆角大小接近、平面a与平面6较平， 但缺点也很明显。首先是焊接稳定性差，不太适 合于薄壁管；其次是生产效率低，仅为前者的 30%~40%；三是模具共用率低，产品开发成本高。 这些不足，很难在直接成异工艺范围内自我改进。
从现行两种工艺的优缺点看，缺点明显且难以 在工艺范围内取得突破。但是，二者优点也显而易 见，且具有较强互补性，因此，可以探索一种集先 成圆后变异与直接成异工艺之优点的新工艺方法, 以实现优质、高效、低成本地生产槽类异型管。
2现行两种工艺对新工艺的启迪
现行工艺在成型槽类管型方面各有所长，倘 若能直接将成异工艺中乳槽的实乳孔型移植到先 成圆后变异工艺之成圆孔型上，使轧槽与成圆同 步进行，并按先成圆后变异工艺流程操作，那么 当凹槽基本成型后，只要成“槽圆”过程和 “槽圆”变异过程中的变形量、公差和焊缝位置 控制得当，就能确保最终的槽型管型、焊缝强度 和生产效率达到设计目标的要求。
3先成槽圆再变异工艺
3.1先成槽圆再变异工艺
该工艺是以先成圆后变异工艺为载体，将直 接成异工艺中的实轧凹槽孔型与先成圆后变异工 艺中的成圆孔型做适当取舍、合二为一。通常让 直接成异工艺中轧槽部分的孔型附着在第一道成 圆孔型上，使管坯在成圆的同时乳出槽形的基本
曹国富：异型管先成槽圆再变异工艺研究
尺寸和形状，待成圆合缝后焊接成有槽圆管，然 后通过异型轧辊，把有槽圆管变形为各种槽类异 型管。其主要工艺路径如图2所示。
图2先成槽圆再变异工艺流程
3.2先成槽圆再变异工艺的特征
新旧工艺变形花对比如图3所示。从3个变 形花和3种变形过程中可以看出，先成槽圆再变 异工艺最显著特征是：对凹槽的乳制一轧定终身。 主要体现在3个方面：
0. 1. 2, 3分别为变形顺序 图3新旧工艺变形花
(1)只有最初的孔型与轧槽有直接关系。一 般只用一道孔型一边轧槽一边进行成圆变形，其余 道次的孔型均与轧槽无直接关系。而最终成品管上 槽的长短、盲孔型部位角的大小、槽边的曲直 等，是由最初轧槽孔型所决定的，其他道次的孔型 仅仅对槽底开口宽度产生轻微影响。如果对槽底开 口宽度预先控制得当，这种影响就很小。
(2)充分利用上下辊凹凸部位可以相互切入 的孔型，对管坯实施实轧，不仅从一开始就能精 准地轧出槽顶宽、槽长、盲角以及平面a和平面 b,而且能够从一开始就将槽的位置精准定位， 并且不会在后续成圆及变异过程中发生大的改 变。槽各部分的名称如图4所示。
直径》
Pi —周向压缩力卜一横向变形力 图4槽各部分名称
(3)轧槽与成圆变异有机结合，一旦槽成型 后，便与继续成圆变异的管坯并行不悖、相伴始终。
由此可见，新工艺关注点主要是关于槽的轧 制，因为槽的形状是评价槽类管优劣最重要的标 志，也是整个成型过程的关键所在。故此，以下 论及的孔型设计原则主要是针对轧槽而言。
3.3 凹槽孔型设计原则
3.3.1 同时轧制原则
同时乳制原则是先成槽圆再变异工艺孔型设 计的首要原则。它是将用于轧槽的孔型附着在第 一道成圆孔型上，当孔型对钢带进行成圆变形 时，槽的轧制也在同步进行。也就是说，一旦平 直钢带开始成圆变形，那么，在变形管坯相应部 位就发生轧槽变形，二者同时进行。这有利于凹 槽在管坯和成品管上精确定位，因为只要成圆孔 型上成槽凸筋和凹槽依据一定尺寸被“固化” 后，根据映射原理，当成品管基本尺寸到位后， 成品管上的凹槽形状、凹槽位置和凹槽尺寸就已 经被“定格” 了，不会发生大的改变。而且，管 体丨:槽越多，同时轧制的重要性就越显现。
3.3.2 一次轧制原则
一方面要求对槽的轧制尽量只采用一个道次 完成，那怕要成型的槽可能比较深比较长，也必 须至少将槽长、槽顶宽、盲角等一次轧制成型。 对于槽底宽是否需要一次轧制成型，则主要视槽 深、槽底宽而定。槽深一次轧制量以槽深类型为 标志，参考槽深变形程度A, A —般不少于成槽 深度的60%，余下不足40%部分可在随后成圆 变异孔型中逐步达到。A和e取值见表U
对于深长槽，考虑到后续变形对槽底宽内敛 量的影响，槽底宽也不宜一次到位。反之，对较 浅较短的V槽、R槽，则提倡一次轧成，因为
表1 A和e取表值
槽深类型 成品槽深" 槽深变形程度A/% 微避空系数e
特浅槽 H^t 100 0.05
浅槽 t 99-90 0.06 0,08
较深槽 2t 89 80 0.09-0.15
深槽 4t 79-70 0.16-0.20
特深槽 H>6t 60-69 0.21-0.40
这类浅槽抵抗内敛的能力强，受周向压缩力八和 横向变形力巧作用时（见图4)，槽底宽不会轻易 变形。对于多而浅小的槽，则必须一次轧槽成型， 否则，在后续变形中很难对多槽槽型进行控制。 深槽浅槽的判据参见表1。
另一方面，根据成槽原理，孔型上的槽底宽 度总是后一道比前一道窄，这样，后一道较窄的 轧槽孔型很难恰好与前一道次留在管坯上的较宽 轧槽完全吻合，或多或少都会发生相互干涉，这不 但会破坏已经成槽的形状，还会轧伤槽表面，甚至 造成管埋在轧痕部位被撕裂。这种工艺事实也要求 凹槽尽可能一次完成，或一?欠完成凹槽主体。
3.3.3 避空设计原则
避空设计原则分全避空和微避空两种。
(1)全避空指在对应于管坯上亦已成槽的凸 起部位，对后续实轧开口成圆孔型，无论是上辊 或者是下辊都必须为管坯上的凸筋不受阻碍地顺 畅通过留出足够空间。
全避空槽型宽度//由（1)式确定。
//=(1.5~3)/, ， (1)
式中：/,一第一道成槽成圆上辊孔型凹槽开口宽 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，系数取较大值， t^l mm,系数取较小值。
全避空槽型可以与成品管槽型相似，亦可采 用Z/xW/的门框形。
全避空设计的必要性在于避免后道孔型对已 经轧出的槽发生错槽轧制。事实上，受钢带S 弯、轧槽过程中管坯被横向延伸、成型设备对管 坯横向稳定控制能力等诸多因素影响，如果不进 行全避空设计，则很难保证后道次孔型不发生错 槽轧制。这一原则对管体槽数多于两槽的槽类管
