圓變異型管的尺寸控制辦法

曹國富

（廣東省江門儉美實業有限公司，廣東江門529100）

圓變異型管的尺寸控制辦法

曹國富

（廣東省江門儉美實業有限公司，廣東江門529100）

將圓變異型管的尺寸調整與控制歸納為管子基本尺寸、對角線、r角和管形正方4個方面，應用圓變異型管尺寸控制的基本原理，結合實踐經驗，給出了當r∧1.5t和r∧1.5t時的調整方法以及方矩管r角對稱性的調整措施；針對對角線不等和管型不正方的問題，結合不同偏差情況，通過調整立輥輥縫或平輥輥縫的方法來加以修正；對于基本尺寸的調整，則先按照工藝要求進行逐道次測量，再進行Ai≈ai、Bi≈bi的粗調整，最后對末道（或第i-1道）立輥和平輥進行精調整。

異型管；尺寸；控制；原理；調整

圓變異型管種類繁多，形狀各異，與之對應的調整方法因管而異［1-6］。然而，深入研究發現，無論圓變成何種異型管，需要調整與控制的不外乎管子基本尺寸、對角線、管形（角度）、r角等方面。因此，本文將以最具代表性的圓變矩形管斜出孔型為例，從控制原理的角度就這些尺寸調整進行探討。

1 r角的控制

方矩管4個r角大小一致，不僅關乎能否順利實現某些管的內配要求，也關系方矩管的美感。GB/T 6728—2002《結構用冷彎空心型鋼尺寸、外形、重量及允許偏差》標準規定，如無特別要求，r角按1.5t（t為壁厚）進行調整。但是在實際生產時經常會出現4個r角不等的情況，以及接單時有的客戶要求r∧1.5t或r∧1.5t，這些都需要根據工藝要求對r角實施有效控制。

1.1 r∧1.5t的調整

1.1.1 加大圓變方矩管的用料帶寬

加大圓變方矩管的用料帶寬C，可以減小方矩管外圓角半徑r。根據圓變方矩管用料寬度計算式，可知：

式中A——矩形管公稱寬度，mm；

B——矩形管公稱高度，mm；

Δ1、Δ2、Δ3——圓變方矩管的成型余量、焊接余量和定徑余量，mm。

在公式（1）中，對特定方矩管而言，A、B、t和Δ1、Δ2、Δ3為定值；因此，要使r變小，最直接的方法就是增大開料寬度C。因為在成型余量Δ1和焊接余量Δ2不變的情況下，管坯開料寬度加寬后，增加量將直接使定徑余量Δ3變大，進而會有更多管坯充滿方矩管孔型。簡言之，寬度增大后，會有更多的料往方矩管孔型交角處的空隙擠，擠進的料越多，角越尖。

1.1.2 減小Δ1和Δ2，增大Δ3

1.1.3 合理分配定徑余量

要求適當減少變異孔型輥前幾道的變形量。從輥式空腹變形的特點看，軋輥孔型角部無法把數倍至數十倍于自己的曲率半徑圓弧一下子變小到r；另一方面，從軋角原理看，前幾道方矩管孔型的角部一定范圍內與變形管坯幾乎碰不到，孔型成角能力弱，ri受Ri的影響較大，Ri愈大，則ri愈小，如圖1所示［7］。

圖1 管坯無法充滿孔型角部示意

如果強制前幾道變形出較小圓角，勢必要加大變形力，這與拔管工藝極為相似；但是，這樣會導致管坯周長驟然縮短，大量定徑余量被消耗掉，以至于到后來的孔型可以直接軋角時反而沒有多少料可供軋角。因此，要軋出較小的r角，前幾道軋輥孔型的壓下量應小些，以留足部分定徑余量供后續軋角變形用。

1.1.4 減小A和B

從公式（1）～（2）可以看出，減小公稱尺寸A、B，也能使r變小。因此，盡可能將方矩管尺寸控制在負公差范圍。

組合應用1.1.1～1.1.4節的控制方法，也可減小r角。

1.2 r∧1.5t的調整

調整方法基本與r∧1.5t的情況相反。其實，從焊管生產實踐看，控制異型管r角的難度并不在于單純的大或者小，而是對稱與否［8］。

1.3 r角對稱性調整

1.3.1 r角的3種不同設計方案與調整

方矩管r角的3種設計方法如圖2所示。

圖2 方矩管r角的3種設計方法

（1）特定r角孔型。斜出方矩管孔型的特點是，每一只軋輥孔型由5段圓弧組成，即2段主變形弧Ri與3段ri角圓弧相切連接而成，且隨著主變形弧Ri逐漸增大，孔型角部圓弧ri減小，直至設計成特定的r角（如圖2a所示）。該孔型的唯一優點是r角精度較高，4個角容易實現對稱；但是一套軋輥只能生產唯一一種外形（主要指r角）尺寸的方矩管；若需要生產公稱尺寸相同而圓角不相同的方矩管，如要求圓角尺寸為r′（r′∧r），就只能重新設計制造具有新圓角r′尺寸的孔型軋輥。實踐中，除非客戶對圓角尺寸提出特別要求，一般不作這樣的設計。

這種孔型的r角對稱性調整思路是，必須確保變形管坯有足夠的整形余量，尤其要確保末道孔型有充足的整形余量。亦可參照1.1節中的方法進行調整。

（2）尖角孔型。特點是孔型弧線與弧線直接相交，孔型中的ri=0，如圖2（b）所示。這種孔型的優點是適應性強，同一孔型可以滿足不同客戶對不同圓角的要求，如根據公式（1）預先增大管坯寬度并配合恰當的現場調整，完全可以獲得較小的、4個角在一定精度范圍內對稱的r角。當然，缺點是對調試工的要求相對較高。若調整不當，即使是帶特定r角的孔型，也可能生產出4個角不對稱的方矩管［9］。

（3）無角孔型。特點是孔型線各不相交，r角不存在，如萬能牌坊變形方矩管用孔型（如圖2c所示）以及利用土耳其頭機構參與變形的孔型，這類孔型實際是尖角孔型的繼承和發展。從方矩管尖角孔型的磨損痕跡可以發現，在相交圓弧的交點附近，即孔型盲角部位，其實沒有發生任何磨損，如圖3所示［10］；換句話說，孔型主變形圓弧相不相交無所謂，在交點處斷開也無所謂。所以，第2種尖角孔型是第3種圓變異孔型的理論依據。

圖3 孔型盲角未磨損示意

以下有關r角的表述，若無特別說明，泛指第二類斜出方矩管孔型。

1.3.2 r角不對稱的4種基本形態與調整

由于管坯輥縫角與盲角的成角原理不同，前者主要靠軋壓成角，后者靠擠壓成角，在同一軋制力下，前者的成角效果明顯優于后者；因此，無論斜出孔型采用何種r角設計方案，在調整r角對稱性時，都應充分利用孔型輥縫角與盲角的軋制差異。方矩管r角不對稱的基本類型如圖4所示。

圖4 方矩管r角不對稱的基本類型

（1）方矩管橫向r角偏大的調整。如圖4（a）所示，斜出方矩管r2和r4偏大。總的調整思路是放松立輥、壓下平輥，充分利用上下平輥孔型形成的左右輥縫角軋小r2和r4。具體可采取以下調整措施：①適當松開立輥，同時適當壓下平輥（是否也壓末道平輥要看公差情況）；②在公差已經到位時，可少許松開前幾道立輥，保持末道平立輥基本不動；③也可視具體情況單獨壓下經過平輥孔型后r角變化不大的某一兩道平輥。若r2和r4偏小，則放松平輥、收壓立輥。

（2）方矩管豎向r角偏大的調整。如圖4（b）所示，斜出方矩管r1、r3偏大，處置方法的指導思想是，以放松平輥收攏立輥為基本調整手段，借助左右立輥孔型形成的輥縫角邊緣對管坯輥縫角r1、r3直接進行軋壓，達到軋小r的目的。放松平輥的目的一是增大管坯上下尺寸，便于立輥孔型邊緣軋小r1、r3；二是通過增大r2和r4實現4個r角基本一致。反之，如果r1、r3偏小，則按上述思路進行反向調試。

（3）方矩管橫向一側r角偏大的調整。若r4偏大，如圖4（c）所示，則在觀察分析具體情況后，可嘗試進行以下調整：①適當壓下r4側的平輥，直接軋小r4；②也可將倒數第1或第2道、或者倒數第1、2立輥向r4方向移動少許。這個動作實際上強制r4角往r4側平輥輥縫里面鉆，從而加重了該側孔型邊緣對r4角的軋制力，減小r4。單向移動立輥軋小r角的原理如圖5所示，當立輥向r4側移動后，就相當于平輥孔型向r2側移動，同時焊管是一個剛性體，被推向右側的焊管必然受到平輥左向推力P作用，使得平輥孔型邊緣A點的軋制力大于B點，這樣，管角r4就在推力P、原有軋制力F和增加的軋制力Fp共同作用下被軋小［11-13］。

需要指出，不用擔心因右向移動立輥而導致r2角在立輥孔型中變小；因為實際生產情況證明r2在立輥孔型中屬于盲角，立輥小幅移動所增加的軋制力并不足以改變盲角r2的大小。

（4）方矩管上（下）r角不達標的調整。若r1偏大，如圖4（d）所示，在對定徑輥現狀進行充分觀察分析的基礎上，可進行以下調整：①適當收窄立輥上輥縫，以增大立輥孔型上輥縫角對r1角的軋制力，從而減小r1；②適當降低倒數第2或第1道立輥，這個動作實際上增大立輥孔型上輥縫角對r1角的軋制力，從而減小r1；③抬升上輥。若出第i道立輥的r1偏大，則可適當抬升第i-1道的平輥。

其實，如果結合到具體的孔型方位，方矩管r角不合格的種類多達數十種，僅一個角大一個角小的組合狀況就有8種之多。但是，無論有多少種組合，它們的基本調整方法思路不變，關鍵是要根據生產現場實際情況，靈活運用上述基本調整措施。之所以首先討論r角的控制，是因為它還是控制方矩管對角線的前提之一。

圖5 單向移動立輥軋小r角的原理

2 對角線與正方的控制

對角線與正方，是一個問題的兩個方面。調整對角線相等的實質是調整方矩管正方，理論上講，方矩管對角線相等，則方矩管正方。可是，對實物形態的方矩管來說則不盡然。

2.1 正確調整對角線的前提

正確調整對角線的前提是，理論對角線長度相等、真實的r角大小基本一致以及由孔型方位決定的測量位置準確。

2.1.1 理論對角線長度

根據方矩管或D形管基本尺寸，易得方形管理論對角線長度CF、矩形管理論對角線長度CJ與D形管理論對角線長度CD：

從公式（3）可知，異型管對角線長度不單單由異型管基本尺寸決定，還與異型管上的r角密切相關，而D形管更與管頭圓弧R的豐滿程度聯系緊密。因此，每次調整前必須首先計算（或工藝參數給）出相應異型管的理論對角線長度。

2.1.2 確認r角大小基本一致

最保守也是最穩妥的方法是借助半徑規測量r角，只有在r角大小基本相等情況下測量到的對角線才能正確反映方矩管管形，即方矩管是否正方。由公式（3）可知，r角大小直接影響對角線長短。

2.1.3 測量位置準確

根據幾何原理可知，公式（3）是異型管對角線的最大尺寸，若測量位置稍微偏一點，那么所測尺寸就不能真實地反映對角線數值，進而不能判斷管形正方與否。對于40 mm×80 mm矩形管，當r=5 mm時，正確的測量角度（以矩形長邊作參照）為23.199°而非arctan（40/80）=26.565°。假設A≥B，則測量角度β由公式（4）來定義：

實際測量時，可固定卡尺一個腳在一個角上，讓另一只腳在另一個角的附近小幅擺動，捕捉最大尺寸。

基于以上分析說明，僅僅通過測量對角線數值來判斷異型管正方的方法，存在許多變數，可信度不高，只能作為參考。

2.2 異型管正方的測量

幾何圖形證明，即使是4個邊絕對相等的方矩管，也不一定就正方，也可能是菱形。檢測異型管正方的方法有3種。

（1）對角線法。使對角線相等，但是受實際r角大小、測量位置等影響，使得其置信度并不高。

（2）角尺測量法。將角尺一個邊貼著管面并在該管面上下移動，至另一邊碰到管面上任意一點，檢查漏光情況，如圖6所示；可是，它也有一個前提，就是測量面必須平整，強調寧凹勿凸。

（3）孿生檢查法。當手頭沒有測量工具時，可從同一支方矩管上截2個長50～80 mm的管頭，處理干凈端面毛刺后，以焊縫為標志將它們相向或者相對放置在平臺上，然后慢慢靠近，并根據相靠后的間隙位置判斷管的正方，孿生檢查D管正方原理如圖7所示。

圖6 角尺檢查方矩管正方原理示意

圖7 孿生檢查D管正方原理示意

2.3 異型（方矩）管對角線的調整

2.3.1 斜出孔型中上下對角線大于左右對角線

若異型（方矩）管斜出孔型中上下對角線大于左右對角線，可以采用以下方法進行調整。

（1）適當放松末道立輥（其后還有一道平輥）。這樣一是可以增大管子在立輥孔型中的輥縫角，進而減小上下對角線；二是可以直接減小管子上下尺寸，同時增大管子左右尺寸；三是有利于末道平輥軋小左右角，從而能夠增大左右對角線長度。此調整動作適用于生產過程中的微調。

（2）適當壓下末道平輥孔型，一方面可以直接減小上下方向的對角線，另一方面也是利用了平輥孔型輥縫角容易軋小管子左右角的原理。但采用該調整措施時，首先要看A、B兩面的尺寸大小，適宜用在A、B兩個面尺寸均為上偏差的情況。因為在壓下末道平輥的同時，會減小A、B兩個面的尺寸。

由此可見，無論做什么調整動作，都要特別注意調整動作之間的關聯性和負面影響、正面影響。就適當壓下末道平輥孔型而言，若A、B面尺寸偏大，則上平輥壓下后，既可達成減小上下方向對角線的目的，又可順便減小A、B面的尺寸，可作為首選調整動作；反之，就只能作為候選調整措施。

（3）放松末道立輥與壓下末道平輥組合運用。

2.3.2 箱式孔型對角線不等

圖8所示為方矩管廂式孔型。在圖8中，若對角線ad∧bc，則可以將上輥向右平移，或者同時將左側立輥向下移動；亦可根據ac、bd邊的尺寸狀況，僅壓下上輥左側（ac∧bd）或抬升上輥右側（ac∧bd），實現對角線ad=bc。

圖8 方矩管廂式孔型示意

2.4 異型管正方的調整

從孔型設計角度看，每一個具有正方孔型的正方都毋庸置疑。可是，由于孔型磨損不均衡、平輥軸不平行、立輥軸不垂直、設備精度、孔型精度以及操作等因素，導致所生產的異型管可能不正方等。

2.4.1 斜出異型（方矩）管不正方

要結合尺寸進行，在尺寸已經調好的情況下，如果不正方，即方矩管呈平行四邊形，可利用末道立輥進行矯正。

（1）若方矩管上下角度大于90°，左右角小于90°，則收調立輥，讓出立輥的方矩管上下角略小于90°、左右角略大于90°，這樣的管坯經末道平輥軋壓后，上下角得以增大至90°，而左右角得以減小到90°，實現調整目的。

（2）若方矩管左右兩個角大于90°，而上下角小于90°，則調整措施與2.4.1節中的（1）恰好相反。

（3）對孔型嚴重不均衡磨損造成焊管不直角的，則建議修整軋輥孔型。

2.4.2 廂式孔型異型（方矩）管不正方

（1）若圖8中∠a=∠d，且大于90°，則應左移上輥以減小∠a、∠d。

（2）若圖8中∠a∧90°，另3個角基本符合要求，則可單獨壓下上輥右側，實現減小∠a的目的，其余類推。

3 異型管基本尺寸的調整

斜出方矩管基本尺寸調整，不像箱式孔型、萬能牌坊孔型等直觀、直接，在調整某一面尺寸時，要同時兼顧另3個面的尺寸。

3.1 調整前的準備工作

（1）校正游標卡尺。電子卡尺或帶表卡尺進行歸零校正，并擦干凈工作面。

（2）熟悉與本次產品調整有關的工藝數據、技術要求。

（3）將機組速度調至5～8 m/min。

（4）將平輥輥縫和立輥輥縫調到比理論輥縫或工藝規定的輥縫略大0.5 mm；要注意觀察上輥兩側輥縫必須相等，立輥上下輥縫也必須相等。

（5）轉動機組約半周，逐道觀察、撫摸管身有無明顯壓痕、壓傷、壓線、勒痕，并初步調整予以消除。

3.2 基本尺寸調整

3.2.1 粗調基本尺寸

逐道測量每一道的Ai和Bi，并與每一道工藝參數ai和bi進行比對，隨后采取相應的調整動作，至Ai≈ai、Bi≈bi。第i道平輥實際尺寸與工藝尺寸的組合與調整動作見表1，第i道平輥焊管尺寸調整如圖9所示。

表1 第i道平輥實際尺寸與工藝尺寸的組合與調整動作

圖9 第i道平輥焊管尺寸調整示意

表1僅定性地給出了調整措施，如果涉及到量的概念，調整將變得更為復雜。此外，雖然表1中的尺寸與狀態反映的是出第i道平輥后的管坯，但是也可以通過第i-1道立輥進行調整，達成工藝目的；而且有時候問題恰恰就出在第i-1道立輥上。

3.2.2 精調基本尺寸

在對所有道次平、立輥逐一進行粗調整的基礎上，對末道立輥和平輥進行精調整。以末道平輥為例，精調整分5步：

（1）第一步，按圖10所示方矩管精確測量其上所標注的各部位尺寸，并判斷這些尺寸與標準的差距。

圖10 方矩管精調整尺寸示意

（2）第二步，將r角先行調整至r1≈r2≈r3≈r4，以及平面平整度均符合要求。

（3）第三步，精調由公稱尺寸B定義的B面尺寸。首先，按圖10所示的方法分別測量B面兩端尺寸，若BN1∧BN2，且BN1更接近B；然后稍壓下上輥左側，同時微（比壓下量更少）抬升上輥右側，并且稍微左移上輥。這是因為在壓下上輥左側孔型時，孔型右側也會被相應壓下，同時上輥孔型會產生右偏。上平輥孔型左側下壓對右側的影響如圖11所示：當孔型左側壓下H后，整個上輥孔型實際上繞右側支點（滑塊內的軸承）逆時針轉動，右側孔型相應被壓下h，整個上輥向右偏移了Δ。

不過，如果BN1的尺寸為上偏差，那么右側可以不抬升，是否需要作左移，要視具體情況而定；如果是左側微量壓下，右側也可以不抬升、不左移。上輥被壓下和抬升后，轉動1/4～1/3周平輥，再次測量BN2、BN1尺寸，直至BN1→B←BN2。

當然，在BN1∧BN2，且BN2更接近B時，也可以通過末道立輥來完成對BN1的調整，即通過適當放松立輥上部拉板螺絲，讓出立輥的管子尺寸B（N-1）1得以增大，使末道平輥孔型相應部位受到對應于管子B（N-1）1部位的反作用力增加（各種配合間隙變小），導致該部位的孔型空間變大，進而實現調大BN1的目的。立輥精調整尺寸如圖12所示。

圖11 上平輥孔型左側下壓對右側的影響

圖12 立輥精調整尺寸示意

需要特別指出的是，當出末道平輥的方矩管正方比較好的情況下，應用此法進行調整，效果最好。

（4）第四步，按照第三步的方法與思路調整A面尺寸，直至AN1→A←AN2。

（5）第五步，根據已經調出的方矩管，結合標準要求，綜合確認管形正方、面平角尖、公差達標等。

4 結語

對于異型管的尺寸控制，可從基本尺寸、r角、對角線和管形正方等4個方面進行控制。在調整時，必須遵循尺寸控制的基本原理，確保調整工與焊管機組、與軋輥孔型長期磨合，注意經驗積累。

需要指出的是，由于焊管調整，尤其是圓變異型管的調整具有一因多果與一果多因的特征，使得調整措施不唯一，這也是談到異型管尺寸控制時，總是出現“可以”、“嘗試”、“也可”及“可能”等不確定用語的原因。

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Method for Control of Dimensions of Round-to-shaped Tube

CAO Guofu
（Guangdong Jiangmen Jianmei Industries Co.，Ltd.，Jiangmen 529100，China）

In general there are four key elements closely related to adjustment and control of dimensions of the round-to-shaped tube，namely the basic dimensions，the diagonals，Angle r and the squareness of the tube.Using the basic principle for controlling the dimensions of the said tube，and relevant operational experiences，the method for adjusting the tube dimensions，and measures for adjusting Angle r of the tube are worked out in case of r∧1.5t and r∧1.5t.Addressing the problems that the diagonals of the tube are unequal to each other，and the tube squareness is poor，based on the different deviations，corrections can be made by means of setting the vertical roll gap or the horizontal roll gap.As for the adjustment of the tube basic dimensions，it can be done with the procedures as first，making the measurements pass by pass as per the process requirement，then，roughly adjusting Ai≈aiand Bi≈bi，and finally precisely adjusting the vertical roll and the horizontal roll of the last pass（or Pass i-1）.

shaped tube；dimensions；control；principle；adjustment

TG335.7

B

1001-2311（2016）04-0055-07

2016-02-16）

曹國富（1957-），男，工程師，副總經理，長期從事焊管生產工藝、孔型設計及生產管理工作。