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超长钢圆锥管的制作

发表时间：2020/11/23 来源：《基层建设》2020年第22期作者：高迎旭

[导读] 摘要：通过实践获得符合使用要求的直缝超长圆锥管，以直缝圆管中JCO制作工艺为基础，结合铆工理论为指导，进行实际实验，结论为使用JCO制作工艺可以制作出满足要求的超长圆锥管。

        中建二局安装工程有限公司北京 100070
        摘要：通过实践获得符合使用要求的直缝超长圆锥管，以直缝圆管中JCO制作工艺为基础，结合铆工理论为指导，进行实际实验，结论为使用JCO制作工艺可以制作出满足要求的超长圆锥管。
        关键词：超长钢圆锥管、JCO工艺
        Manufacture of super long steel cone tube
        Abstract：Based on the JCO manufacture technology of the straight-seam circular pipe，the practical experiment was carried out under the guidance of the riveting theory，conclusion the super-long conical tube can be made by using JCO technology.
        1 引言
        因XX市体育公园体育场钢结构工程建设需要，需要使用直径800mm变600mm的钢圆锥管，壁厚为35mm，长度为8500mm左右作为该项目钢柱；国内目前使用直径小于1000mm截面、长度超过2000mm的圆锥管作为钢结构构建并不多见，变径圆锥管的制作因卷板机的限制一般控制在直径1000mm以上，长度控制在3000mm以内，变径比不会小于1：100，该工程需要的圆锥管均突破上述要求，需要使用其他加工工艺制作。若可以采用其他工艺将该项目要求圆锥管制作完成，是在钢圆锥管加工领域的一次突破，也是在小截面变径钢圆管制作工艺的创新。
        1、背景
        在常规钢圆锥管制作工艺目前可以使用的工艺有三种，分别为：（1）使用卷板机加工工艺；（2）使用成品圆钢管进行抽刀后压制焊接成型工艺；（3）使用大型压力机逐次压制成型。下面对着三种加工工艺进行分析，适合制作目标钢圆锥管的工艺是哪一个。
        （1）使用卷板机加工工艺，首先通过数学方法对钢圆锥管进行展开，获得钢圆锥管的展开图形，然后将钢板切割成展开图形要求尺寸，最后使用卷板机将钢板卷制成型并对接缝进行焊接、校圆度成为符合要求的钢圆锥管。因卷板机工作辊直径、长度的限制卷板机无法实现直径800mm变600mm，壁厚为35mm，长度为8500mm左右的钢圆锥管卷制。原因为厚板卷板工作辊直径普遍在600mm以上，无法使用厚板卷板机进行卷制，薄板卷板机不具备完成卷制35mm厚、直径600mm长度超过1000mm钢板的工作能力。因此在此次钢圆锥管制作中该工艺首先被淘汰。
        （2）使用成品圆钢管进行抽刀后压制焊接成型工艺，使用直径800mm壁厚35mm钢圆管抽刀后，使用压力设备将抽刀后圆管的端口直径强行压倒600mm，然后对抽刀后的切割缝进行接料焊接，校圆后将焊缝进行打磨处理；可以得到满足要求的钢圆锥管。但该方法工艺复杂对操作工要求非常高，且焊接工作量较大无法有效的控制成本，加工周求为每7个工作日可制作1件，该体育场此部分构件共计88件，需要在15天内全部从原材料制作成为构件，并发往项目施工现场进行安装完成，工期非常紧急。该工艺适用批量小且工期要求相对宽松的情况下进行实施。显然不适用在该项目加工制作当中，因此使用成品圆钢管进行抽刀后压制焊接成型工艺也被淘汰。
        （3）使用大型压力机逐次压制成型，该工艺为使用的主要加工设备为6000吨大型油压数控折弯机，具体步骤是首先通过数学方法对钢圆锥管进行展开，获得钢圆锥管的展开图形，然后将钢板切割成展开图形要求尺寸，将切割下来的用于制作目标钢圆锥管的钢板工件按照等分线逐次压制，按照钢直缝管的JCO的步骤压制成型，并进行对接缝焊接，从而形成目标钢圆锥管。该制作工艺单根构件制作时间为1个工日7至10件，通过加班制作可以实现15天内将目标构件全部发到现场并安装完成。
        综合以上所述，采用大型压力机逐次压制成型工艺，即JCO工艺是可行的。

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        2、实现方法及步骤
        （1）确定需要加工目标变截面钢圆管的数量及要求的参数，要求的参数所属目标的长度尺寸、两端口尺寸及所用材料的厚度材质等。
        （2）根据目标变截面钢圆管数量、长度尺寸、两端口尺寸及所用材料的厚度进行整体展开放样，在长度方向预留切割余量。
        （3）选择对应目标材质、厚度的钢板进行套料，生成数控切割代码，进行数控切割下料，焊接坡口开制。
        （4）两端头划出圆弧等分母线，根据端头直径可选择12等分、24等分、36等分、42等分、48等分、54等分灯，等分弧长不超过120mm。
        （5）根据目标目标变截面钢圆管选择合适的板边预弯模具，并对预弯设备进行调整，使预弯板弧度符合实际需要。
        （6）在 JCO 成型机上将预弯后的钢板的一半多次按照两端等分线步进冲压成“J”形，再多次按照两端等分线步进冲压成“C”形。
        （7）使用合口设备形成O形，并焊接目标变截面圆钢管纵缝焊接。
        （8）对焊接完成的目标变截面圆钢管，进行处理圆度矫正，保证目标变截面圆钢管的尺寸符合规范所要求的公差。
        3、实验验证与改进
        按照实施步骤进行实施验证，过程当中出现了6000吨大型油压数控折弯机无法将板材变形的情况超出了预计情况，经过与现场操作人员、工艺技术人员、工程师等人员现场调查分析认为压制模具的开口尺寸过小，需要对模具开口尺寸调整，应按照板材折弯机算公式进行计算结果调整。
        计算公式：P=b*t2*δb / V（1+4t/V）
        P---弯曲力，N
        b----弯曲件的宽度，mm
        t-----板厚，mm
        δb---料的抗拉强度，Mpa（Q355钢板抗拉强度450~630Mpa）
        V----模开口，mm
        计算取值为Q355钢板抗拉强度取最大630Mpa，模具开口尺寸取200mm时，折弯需要压力为55758937.5N，即5575.89吨，设备的额定压力值为6000吨，在设备的额定工作能力之内。对模具开口调整以后继续进行试验，后续试验全部按照试验步骤进行。没有遇到其他预料意外的问题。
        4、结论与结果
        试验完成后对试验的结果进行检测，质量检测结果为符合规范相关要求，制作效率为除去调整模具的时间，1小时内可将JCO步骤全部完成，剩余焊接、校圆等步骤均可满足加工效率要求。
        试验结论为：JCO工艺可满足超长钢圆锥管的制作要求，可以大批量制作、高效率制作。并可保证该项目的工期需求。
        参考文献：
        [1]高颖.JCO 钢管成形仿真技术研究[J].铸造技术，2009，01：77-79.
        [2]王刚.一种JCO成型模具压下量的计算方法[J].焊管，2016，07：40-44.