一种考虑增厚系数的圆管成型方矩形管孔型设计方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑增厚系数的圆管成型方矩形管孔型设计方法，包括以下步骤：确定相邻两个道次中性层周长与其对应增厚系数、延伸系数之间的关系；确定相邻两个道次之间辊径比与其延伸系数之间的关系；确定各个道次扩展系数、增厚系数、延伸系数与各道次管壁厚度之间的相互匹配关系；计算各个道次孔型，并绘制辊花图。在圆管成型方矩形管过程中，通常默认管壁成型过程中保持不变，但在实际生产中，会出现管壁增厚现象，影响截面成型尺寸精度，其原因是管壁内侧无约束成型机制，而本发明专利技术所提出的设计方法基于体积不变定律、金属连轧秒流量相等原则和拓扑映射原理能够实现方矩形管的精确成型，成型效果极佳。成型效果极佳。成型效果极佳。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑增厚系数的圆管成型方矩形管孔型设计方法


[0001]本专利技术涉及冷弯成型
，尤其涉及一种考虑增厚系数的圆管成型方矩形管孔型设计方法。

技术介绍

[0002]方矩形管是冷弯型钢生产中产量最大的品种之一，冷弯方矩形管有两种方式，一种是直接成方，另一种是圆成方，而两种方式中，圆成方的产品质量更好，机组成型速度更快、效率更高，在孔型设计中，一般的设计思想都是默认管壁成型过程中保持不变，但在实际生产过程中，会出现管壁增厚的现象，从而影响成型截面尺寸，使其不能实现精准成型。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种考虑增厚系数的圆管成型方矩形管孔型设计方法，该方法能够有效提升孔型截面尺寸精度、成型效果极佳。
[0004]本专利技术采用的技术手段如下：
[0005]本专利技术所提出的一种考虑增厚系数的圆管成型方矩形管孔型设计方法
[0006]所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤S1，在圆管辊弯成型方矩形管过程中，根据体积不变定律推导出初始成型道次与最终成型道次之间中性层周长与其对应增厚系数、延伸系数之间的关系；
[0008]步骤S2，将步骤S1进行一般化处理，基于体积不变定律确定任意两个道次之间中性层周长与其对应增厚系数、延伸系数之间的关系；
[0009]步骤S3，根据连轧过程中的金属秒流量相等原则推导出初始成型道次与最终成型道次之间的等效辊径比与延伸系数之间的关系；
[0010]步骤S4，将步骤S3进行一般化处理，基于金属秒流量相等原则确定任意两个道次之间的等效辊径比与延伸系数之间的关系；
[0011]步骤S5，确定各个道次扩展系数、增厚系数、延伸系数与各道次管壁厚度之间的相互匹配关系；
[0012]步骤S6，根据拓扑映射原理确定辊花图设计方式并进行计算；
[0013]步骤S7，根据计算参数绘制辊花图。
[0014]进一步的，所述步骤S1的具体过程如下
[0015]根据体积不变定律推导表达式
[0016][0017]式中：V0为变形前圆管的体积；V
n
为变形后方矩形管的体积；t0为钢管壁厚；L0为钢管长度；r0，r1分别为钢管内径与外径；t
n
为方矩形管的壁厚；a，b分别为矩形管的边长；r3，r4分别为矩形管圆角处内径与外径；L
n
为矩形管长度；S
n
，S0分别为矩形管与圆管的断面面积；C0，C1分别为钢管内周长与外周长；C3，C4分别为矩形管内周长与外周长；
[0018]推导如下结论：
[0019][0020]式中：ε为总增厚系数；μ为总延伸系数；K为总扩展系数。
[0021]进一步的，所述步骤S2的具体过程如下
[0022]将步骤S1进行一般化处理，设定共有N个成型道次，以第M
‑
1，M道次为例(其中M≤N)。假设孔型上每道次每段圆弧的延伸系数、增厚系数相等，即：
[0023][0024]根据体积不变定律推导方程：
[0025][0026]进一步化简
[0027][0028]式中：分别为第M
‑
1道次每段的中性层弧长；1道次每段的中性层弧长；分别为第M道次对应的中性层弧长；μμ1，μμ2，μμ3，μμ4，μμ5分别为第M道次不同圆弧段的延伸系数；εε1，εε2，εε3，εε4，εε5为第M道次不同圆弧段
的增厚系数。
[0029]推导如下结论：
[0030]对于第M
‑
1道次与第M道次：
[0031]C
M
‑
1(中性层)
＝k
M
·
C
M(中性层)
＝μ
M
·
ε
M
·
C
M(中性层)
[0032]对于N个成型道次：
[0033][0034]进一步的，所述步骤S3的具体过程如下
[0035]根据连续辊弯过程中的金属秒流量相等原则：
[0036][0037]式中：为成型第一道次等效线速度；P0为成型第一道次前滑值；S
n
为成型最终道次截面积；为成型最终道次等效线速度；P1为成型最终道次前滑值；
[0038]将整个轧辊的速度等效为平均速度进行计算。将道次的前滑值考虑到轧辊随道次的增加辊径增大上，由于整个机组由一个电机带动，每个道次角速度相同，根据秒流量相等有以下表达式
[0039][0040][0041][0042][0043]式中：R为轧辊等效半径；r1、rn为孔型成型起始位置半径；为等效线速度；ω为每个道次的角速度；为总等效辊径比；R0为成型第一道次等效半径；R1为成型最终道次等效半径。
[0044]进一步的，所述步骤S4的具体过程如下
[0045]将步骤S3进行一般化处理，根据金属秒流量相等原则推导如下公式：
[0046]推导得到表达式
[0047][0048]推导如下结论：
[0049][0050]进一步的，所述步骤S5的具体过程如下
[0051]选定总扩展系数K，并根据最终成型厚度t
n
、初始成型辊径与最终成型辊径的比值确定初始圆管中性层周长C
圆管周长(中性层)
及初始壁厚t0；由进行一般化处理可知，相邻两道次间都遵循此规律，各个道次管壁增厚量根据每个道次圆心角减小量呈现一致的变化规律，即圆心角对应的变化量与管壁增厚量比例对应，由此确定出各个道次管壁厚度、扩展系数、
增厚系数和延伸系数。
[0052]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0053]与现有孔型设计相比，本专利技术基于体积不变定律及连轧金属秒流量相等原则按中性层位置及辊径平均尺寸进行扩展系数计算；由于在圆管成型方矩形管实际生产过程中，存在管壁增厚现象，本专利技术将增厚系数考虑到孔型设计中与实际工程相契合，有效提升了孔型精度。
附图说明
[0054]图1为圆成方的辊花结构示意图；
[0055]图2为圆管成型方矩形管示意图；
[0056]图3为相邻两个道次孔型计算示意图；
[0057]图4为等效辊径示意图；
[0058]图5为拓扑映射原理对应点示意图；
[0059]图6为圆成方的各个道次孔型结构示意图；
[0060]图7为整体成型结果示意图；
[0061]图8为稳定段截面成型结果示意图；
[0062]图9为圆成方仿真结果与设计对比示意图；
[0063]图10为孔型计算示意图。
具体实施方式
[0064]以下结合附图，对本专利技术技术方案进行详细说明，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。具体实施如下：
[0065]一种考虑增厚系数的圆管成型方矩形管孔型设计方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑增厚系数的圆管成型方矩形管孔型设计方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤S1，在圆管辊弯成型方矩形管过程中，根据体积不变定律推导出初始成型道次与最终成型道次之间中性层周长与其对应增厚系数、延伸系数之间的关系；步骤S2，将步骤S1进行一般化处理，基于体积不变定律确定任意两个道次之间中性层周长与其对应增厚系数、延伸系数之间的关系；步骤S3，根据连轧过程中的金属秒流量相等原则推导出初始成型道次与最终成型道次之间的等效辊径比与延伸系数之间的关系；步骤S4，将步骤S3进行一般化处理，基于金属秒流量相等原则确定任意两个道次之间的等效辊径比与延伸系数之间的关系；步骤S5，确定各个道次扩展系数、增厚系数、延伸系数与各道次管壁厚度之间的相互匹配关系；步骤S6，根据拓扑映射原理确定辊花图设计方式并进行计算；步骤S7，根据计算参数绘制辊花图。2.根据权利要求1所述的一种考虑增厚系数的圆管成型方矩形管孔型设计方法，其特征在于：所述步骤S1的具体过程如下根据体积不变定律推导表达式式中：V0为变形前圆管的体积；V
n
为变形后方矩形管的体积；t0为钢管壁厚；L0为钢管长度；r0，r1分别为钢管内径与外径；t
n
为方矩形管的壁厚；a，b分别为矩形管的边长；r3，r4分别为矩形管圆角处内径与外径；L
n
为矩形管长度；S
n
，S0分别为矩形管与圆管的断面面积；C0，C1分别为钢管内周长与外周长；C3，C4分别为矩形管内周长与外周长；推导如下结论：式中：ε为总增厚系数；μ为总延伸系数；K为总扩展系数。3.根据权利要求1所述的一种考虑增厚系数的圆管成型方矩形管孔型设计方法，其特征在于：所述步骤S2的具体过程如下
将步骤S1进行一般化处理，设定共有N个成型道次，以第M
‑
1，M道次为例(其中M≤N)。假设孔型上每道次每段圆弧的延伸系数、增厚系数相等，即：根据体积不变定律推导方程：进一步化简
式中：式中：分别为第M
‑
1道次每段的中性层弧长；1道次每段的中性层弧长；分别为第M道次对应的中性层弧长；μμ1，μμ2，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜凤山，邢梦龙，裴新元，赵云鹏，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：