U型鋼板樁的輥式連續冷彎成型製造方法
2023-05-25 15:33:31
專利名稱：U型鋼板樁的輥式連續冷彎成型製造方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬建材的生產方法，尤其是一種鋼板樁的冷彎成型製造方法， 具體地說是一種U型鋼板樁的輥式連續冷彎成型製造方法。
背景技術：
眾所周知，鋼板樁於20世紀初在歐洲開始生產，並迅速在世界各地特別是發達工 業化國家得到廣泛應用。20世紀50年代，我國首次在鐵路橋梁圍堰施工中，由鐵道部大橋 局從原蘇聯引進使用。由於受廉價土地資源及人力資源的影響，加之國內生產基本處於空 白狀態，作為金屬建材的鋼板樁，在我國的應用與發展仍然十分緩慢。隨著我國經濟的快速 發展，各類快捷、高效、環保的建築工法得以認可並發展，20世紀末，我國的鋼板樁應用工程 已有一定的發展。由於它的特殊結構，因而具有獨特的優點高強度、輕型、隔水性能；好； 耐久性強，使用壽命達到20-50年；可重複使用，一般可使用5-10次；環保效果顯著，在施 工中可大大減少取土量和混凝土的使用量，有效保護土地資源；具有較強的救災搶險的功 能，尤其是在防洪、塌方、塌陷、流沙的搶險救災中，見效特別快；施工簡單，工期縮短，建設 費用較省。U型鋼板樁是目前工程上使用量最大的一種鋼板樁，它以橫截面呈類U形而得名， U型鋼板柱以中心線兩邊對稱，每邊由腰部C、腿部B和鎖口部分A組成，如圖1所示，鋼板 厚度可從6-16毫米不等。長期以來，這種鋼板樁大多是採用熱軋及焊接的方式製造的，熱 軋方式製造不僅耗能大，而且其長度受限，交貨周期長，因此造成工程相應的成本偏高。為此，人們想到了利用連續冷彎的方法進行製造，但由於這種方式投入大，變形過 程複雜，很難尋找到一個合理的連續變形方式來滿足生產效率和產品質量的要求，造成大 批量投產的不足，因此，發明一種通過合理分配變形步驟和變形角度，使鋼板在變形過程中 不會出現因變形過大造成生產線負載過大，模具易損，又不致於因變形過小造成工序和模 具數量過多影響生產效率的提高。
發明內容
本發明的目的是針對目前的U鋼板樁熱軋成形耗能高，冷彎連續成形缺乏合理的 加工工藝的問題，發明一種變形合理，模具壽命長，生產效果高，成品質量高的U型鋼板樁 的輥式連續冷彎成型製造方法。本發明的技術方案是一種U型鋼板樁的輥式連續冷彎成型製造方法，其特徵是它包括上料、輥式連續 冷彎變形、精整和切斷，所述的上料是指將與U型鋼板樁展開尺寸寬度相配的帶鋼送入輥 式連續冷彎生產線的進料端，所述的輥式連續冷彎變形是指使進入輥式連續冷彎生產線的 帶鋼依次經過以下10道連續冷擠壓變形工序得到連續的毛坯料U型鋼板樁首先，使帶鋼進入「鎖口 35度變形成對輥模」中，將帶鋼的兩邊對稱折彎成與水平 線成35度形成35度鎖口邊後進入下道工序；折邊的寬度與最終成型的U型鋼板樁的鎖口部分下水平段相配；其次，使兩邊已發生35度起角變化的帶鋼平滑進入「鎖口 70度變形成對輥模」中， 使帶鋼的兩邊進一步對稱折彎成與水平線成70度形成70度鎖口邊後進入下道工序；第三，使兩邊已發生70度起角變化的帶鋼平滑進入「鎖口 90度變形成對輥模」中， 使帶鋼的兩邊進一步對稱折彎成與水平線成90度形成90度鎖口邊，並在折彎處形成圓角 過渡，過渡圓的半徑應與最終成型鋼板樁鎖口對應位置處的過渡圓半徑相配；第四，使兩邊已發生90度起角變化的帶鋼平滑進入「鎖口 105度變形成對輥模」 中，使帶鋼兩邊進一步對稱折彎成與水平線成105度形成105度鎖口邊後進入下道工序；同 時腿部發生10度的變形後進入下一道工序中；第五，使兩邊腿部已發生10度起角變化的帶鋼平滑進入「鎖口和腿部聯合變形成 對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至115度，腿部變形至30度，腰部發生20度的變化進入下 一道工序中；第六，使兩邊腿部已發生30度起角變化的帶鋼平滑進入「第一鎖口、腿部、腰部聯 合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至125度，腿部變形至50度，腰部變形至38度進 入下一道工序中；第七，使兩邊腿部已發生50度起角變化的帶鋼平滑進入「第二鎖口、腿部、腰部聯 合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至140度，腿部變形至60度，腰部變形至48度進 入下一道工序中；第八，使兩邊腿部已發生60度起角變化的帶鋼平滑進入「第三鎖口、腿部、腰部聯 合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至155度，腿部變形至70度，腰部變形至58度進 入下一道工序中；第九，使兩邊腿部已發生70度起角變化的帶鋼平滑進入「第四鎖口、腿部、腰部聯 合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至165度，腿部變形至80度，腰部變形至68度進 入下一道工序中；第十，使兩邊腿部已發生80度起角變化的帶鋼平滑進入「第五鎖口、腿部、腰部聯 合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至185度，腿部保持80度變形，腰部進一步變形 至75度進入下一道工序中；第十一，使兩邊腿部已發生80度起角變化的帶鋼平滑進入「第五鎖口、腿部、腰部 聯合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步交形至180度，腿部保持80度變形，腰部保持75度 即可得到連續的U型鋼板樁；所述的整形是指將上述連續冷彎變形得到的連續U型鋼板樁再經過三道整形成 對輥模進行進一步的精整，消除變形應力，將變形反彈量控制在設定值內；最後將經過整形成對輥模精整後的U型鋼板樁送入切斷設備按所需尺寸進行切 斷。所述的帶鋼為寬度與U型鋼板樁展開尺寸寬度相配的鋼卷或經加工後寬度與U型 鋼板樁展開尺寸寬度相配的鋼卷，通過焊接，帶鋼的長度可為任意長。所述的整形成對輥模可使U形鋼板樁的鎖口、腿部、腰部的角度產生2-5度的反向 變形。本發明的有益效果
1、本發明以卷板為原材料，每米重量輕，強度高，在相同效果的前提下，本發明的 用鋼量與熱軋相比能節省鋼材15 30%，具有極大的經濟效益和社會效益。2、本發明的產品規格尺寸調整靈活，生產組織方便，特別適合大小工程，品種規格 可在一定範圍內任意調整，交貨快捷靈活。3、本發明是在常溫狀態下進行生產加工，能耗低，符合節能減排的國際化趨勢。4、由於能源消耗低且生產效率高，因此生產成本低，單價比常規熱軋要低20 %，具 有很強的市場競爭力。5、本發明的最終成形的成品的長度可以任意確定，如運輸條件允許可足夠長，適 用於各種工程，尤其是深水工程，長度要求很長時不需對接，可省去熱軋產品的對接工藝， 適合於現場施工的需要，並可縮短施工周期。6、本發明由於能實現連接生產，因此效率高，產品質量穩定。7、本發明由於採用連接冷彎變形，對材質影響較小，無需熱處理即可直接使用，而 熱軋工藝由於溫度的升高和冷卻均會對材質產生嚴重的影響，必須進行嚴格的控制。 8、本發明採用連續同時變形角度的工藝，尺寸精度能相互控制，產品一致性好。9、本發明與現有技術相比，成型道次減少，能有效的減少生產成本。10、本發明的鋼板樁的關鍵部位連續直接受壓，增加了產品的加工硬化，提高了產 品的強度。11、本發明對部分關鍵部位採用封閉孔型，過度圓滑，精度高。12、本發明通過合理分配變形角度，使得變形次數最少，變形力量均勻，尤其是各 對輥的壽命趨於一致，不僅提高了生產效率，而且可延長設備的使用壽命，降低生產成本。
圖1是本發明的U型冷彎鋼板樁結構截面示意圖。圖2是本發明的U型鋼板樁製造過程中的各道次模具輥壓後形成的輥花圖。圖3是本發明的U型鋼板樁的連續冷彎第1至3道工序中鎖口變形至90°的成型 過程示意圖。圖4是本發明的U型鋼板樁的第4至7道工序中鎖口與腿部、腰部同時成型工藝
示意圖一。圖5是本發明的U型鋼板樁的第8至11道工序中鎖口與腿部、腰部同時成型工藝
示意圖二。圖6是本發明的U型鋼板樁的第12至14道工序中鎖口與腰部整型工藝示意圖。圖7是本發明U型鋼板樁的第1至7道工序中使用的導向立輥輔助成型工藝示意 圖。圖8是本發明的U型鋼板樁的矯直機構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。如圖1-8所示。一種U型鋼板樁，其橫斷面呈U型結構，且以中心左右對稱，每邊向上連接有腰部B,腿部C和鎖口 A，如圖1所示，它可採用圖3-8所示的方法和連續輥軋模具連續冷彎成形。 成形過程中鋼板的連續變形過程如圖2所示。各工步的對輥成形模具可參考圖3-8加以設 計，作為連續冷彎的關鍵是變形過程和方式、變形角度的選擇，具體的製造過程包括1.縱剪帶鋼在縱剪機組上將熱軋卷板縱剪成工藝設計的寬度。2.開卷矯平將縱剪後的熱軋卷板通過冷彎成型機組上的開卷機上打開，通過矯平機矯平帶 鋼。3.剪切對焊將帶鋼頭部剪切後，用焊機將帶鋼坯料的頭部與已經進入孔型的帶鋼尾部焊接在 一起，從而實現一次性連續生產的條件。4.冷彎成型帶鋼經過由專門設計的多組輥片組合而成的冷彎機組連續發生多角度變化，直至 形成符合設計要求的截面。連續冷彎過程中的速度應控制在5-32米/秒之間。5.精整帶鋼坯料成型為最終截面之後，再經過1 3道與標準截面一致的精整孔型來精 整截面，達到消除殘餘應力後的截面尺寸符合工藝要求；6.矯直已經精整後的型材經過矯直孔型矯直，消除型材的縱向彎曲或橫向彎曲；7.鋸切將鋼板樁鋸切成符合長度要求的產品。8.檢驗打包經過檢驗區域，經檢驗合格後放入打包區，打包後放入成品區。其中的冷彎成形的主要工序有十一道，它們是首先，使帶鋼進入「鎖口 35度變形成對輥模」中，將帶鋼的兩邊對稱折彎成與水平 線成35度形成35度鎖口邊後進入下道工序；折邊的寬度與最終成型的U型鋼板樁的鎖口 部分下水平段相配；如圖3其次，使兩邊已發生35度起角變化的帶鋼平滑進入「鎖口 70度變形成對輥模」中， 使帶鋼的兩邊進一步對稱折彎成與水平線成70度形成70度鎖口邊後進入下道工序；如圖 3第三，使兩邊已發生70度起角變化的帶鋼平滑進入「鎖口 90度變形成對輥模」中， 使帶鋼的兩邊進一步對稱折彎成與水平線成90度形成90度鎖口邊，並在折彎處形成圓角 過渡，過渡圓的半徑應與最終成型鋼板樁鎖口對應位置處的過渡圓半徑相配；如圖3 ；第四，使兩邊已發生90度起角變化的帶鋼平滑進入「鎖口 105度變形成對輥模」 中，使帶鋼兩邊進一步對稱折彎成與水平線成105度形成105度鎖口邊後進入下道工序；同 時腿部發生10度的變形後進入下一道工序中；如圖4 ；第五，使兩邊腿部已 發生10度起角變化的帶鋼平滑進入「鎖口和腿部聯合變形成 對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至115度，腿部變形至30度，腰部發生20度的變化進入下 一道工序中；如圖4;
第六，使兩邊腿部已發生30度起角變化的帶鋼平滑進入「第一鎖口、腿部、腰部聯 合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至125度，腿部變形至50度，腰部變形至38度進 入下一道工序中；如圖4;第七，使兩邊腿部已發生50度起角變化的帶鋼平滑進入「第二鎖口、腿部、腰部聯 合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至140度，腿部變形至60度，腰部變形至48度進 入下一道工序中；如圖4;第八，使兩邊腿部已發生60度起角變化的帶鋼平滑進入「第三鎖口、腿部、腰部聯 合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至155度，腿部變形至70度，腰部變形至58度進 入下一道工序中；如圖5;
第九，使兩邊腿部已發生70度起角變化的帶鋼平滑進入「第四鎖口、腿部、腰部聯 合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至165度，腿部變形至80度，腰部變形至68度進 入下一道工序中；如圖5;第十，使兩邊腿部已發生80度起角變化的帶鋼平滑進入「第五鎖口、腿部、腰部聯 合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至185度，腿部保持80度變形，腰部進一步變形 至75度進入下一道工序中；如圖5 ；第十一，使兩邊腿部已發生80度起角變化的帶鋼平滑進入「第五鎖口、腿部、腰部 聯合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至180度，腿部保持80度變形，腰部保持75度 即可得到連續的U型鋼板樁；如圖5 ；下面對照附圖作進一步的說明如圖3。U型鋼板樁的原料鋼板呈水平狀進入封閉孔型中保證進料不竄動，第1至3道次鎖 口變形，由 35° — 70° — 90°。如圖 4。連續冷彎成形第4至7道工序，鎖口變形由105° —115° —125° —140° ；腿部 同時起角變形由 10° —30° —50° —60° ；腰部由 0° —20° —38° —48°。如圖 5。連續冷彎成形第8至11道工序，鎖口變形由155° — 165° — 185° — 180° ；腿 部同時起角變形由70° —80° —80° —80° ；腰部由58° —68° —75° —75°。如圖6。U型鋼板樁通過「整形成對輥模」的整形過程(第12至14道工序)，鎖口、腿部、 腰部每道次反彎2° 5°整型，解決回彈問題並釋放內應力。如圖 7。連續冷彎成形第1至7道工序中導向立輥輔助U型鋼板樁成型，導向立輥使相鄰 工序的成型角度能順利過渡。如圖8。U型鋼板樁矯直機構示意圖，解決U型鋼板樁經輥壓後長度方向出現的彎曲、扭曲 等變形問題。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求
一種U型鋼板樁的輥式連續冷彎成型製造方法，它包括上料、輥式連續冷彎變形、整形和切斷，所述的上料是指將與U型鋼板樁展開尺寸寬度相配的鋼板送入輥式連續冷彎生產線的進料端，其特徵是所述的輥式連續冷彎變形是指使進入輥式連續冷彎生產線的帶鋼依次經過以下11道連續冷擠壓變形工序得到連續的U型鋼板樁產品首先，使帶鋼進入「鎖口35度變形成對輥模」中，將帶鋼的兩邊對稱折彎成與水平線成35度形成35度鎖口邊後進入下道工序；折邊的寬度與最終成型的U型鋼板樁的鎖口部分下水平段相配；其次，使兩邊已發生35度起角變化的帶鋼平滑進入「鎖口70度變形成對輥模」中，使帶鋼的兩邊進一步對稱折彎成與水平線成70度形成70度鎖口邊後進入下道工序；第三，使兩邊已發生70度起角變化的帶鋼平滑進入「鎖口90度變形成對輥模」中，使帶鋼的兩邊進一步對稱折彎成與水平線成90度形成90度鎖口邊，並在折彎處形成圓角過渡，過渡圓的半徑應與最終成型鋼板樁鎖口對應位置處的過渡圓半徑相配；第四，使兩邊已發生90度起角變化的帶鋼平滑進入「鎖口105度變形成對輥模」中，使帶鋼兩邊進一步對稱折彎成與水平線成105度形成105度鎖口邊後進入下道工序；同時腿部發生10度的變形後進入下一道工序中；第五，使兩邊腿部已發生10度起角變化的帶鋼平滑進入「鎖口和腿部聯合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至115度，腿部變形至30度，腰部發生20度的變化進入下一道工序中；第六，使兩邊腿部已發生30度起角變化的帶鋼平滑進入「第一鎖口、腿部、腰部聯合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至125度，腿部變形至50度，腰部變形至38度進入下一道工序中；第七，使兩邊腿部已發生50度起角變化的帶鋼平滑進入「第二鎖口、腿部、腰部聯合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至140度，腿部變形至60度，腰部變形至48度進入下一道工序中；第八，使兩邊腿部已發生60度起角變化的帶鋼平滑進入「第三鎖口、腿部、腰部聯合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至155度，腿部變形至70度，腰部變形至58度進入下一道工序中；第九，使兩邊腿部已發生70度起角變化的帶鋼平滑進入「第四鎖口、腿部、腰部聯合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至165度，腿部變形至80度，腰部變形至68度進入下一道工序中；第十，使兩邊腿部已發生80度起角變化的帶鋼平滑進入「第五鎖口、腿部、腰部聯合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至185度，腿部保持80度變形，腰部進一步變形至75度進入下一道工序中；第十一，使兩邊腿部已發生80度起角變化的帶鋼平滑進入「第五鎖口、腿部、腰部聯合變形成對輥模」中，使鎖口邊進一步變形至180度，腿部保持80度變形，腰部保持75度即可得到連續的U型鋼板樁；所述的整形是指將上述連續冷彎變形得到的連續U型鋼板樁再經過三道整形成對輥模進行進一步的精整，消除變形應力，將變形反彈量控制在設定值內；最後將經過整形成對輥模精整後的U型鋼板樁直接或經過校直後送入切斷設備按所需尺寸進行切斷。
2.根據權利要求1所述的製造方法，其特徵是所述的帶鋼為寬度與U型鋼板樁展開尺 寸寬度相配的鋼卷或經加工後寬度與U型鋼板樁展開尺寸寬度相配的鋼卷，通過焊接，帶 鋼的長度可為任意長。
3.根據權利要求1所述的製造方法，其特徵是所述的整形是指通過「整形成對輥模」使 U形鋼板樁的鎖口、腿部、腰部的角度產生2-5度的反向變形。
全文摘要
本發明公開了一種U型鋼板樁的輥式連續冷彎成型製造方法，由冷彎機組連續輥壓成形，且側面鎖口可連續性搭接以形成一種板樁牆的鋼結構體；此工藝對控制產品的質量，提高鋼板樁鎖口的配合精度和連接強度起到了重要的作用。U型鋼板樁規格型號豐富，可根據工程實際情況，選取最經濟、合理的截面，實現工程設計上的最優化，比同性能熱軋鋼板樁節省材料10-15％，極大的降低了施工成本。
文檔編號B21D11/10GK101954396SQ20101018823
公開日2011年1月26日 申請日期2010年5月31日 優先權日2010年5月31日
發明者王聖清, 胡兆成, 胡鉦雨 申請人:南京萬匯鋼板樁有限公司