Способ производства стальной трубы и прессующий штамп, используемый при данном способе

Способ производства стальной трубы и прессующий штамп, используемый при данном способе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Объектом настоящего изобретения является способ производства стальных труб большого диаметра с большой толщиной стенки, используемых при строительстве магистральных трубопроводов и аналогичных сооружений, при котором производится формовка толстого листового материала с приданием ему заданной U-образной формы путем гибки, после чего полученную заготовку подвергают дальнейшей прессовке, придавая ей форму открытой трубы с проходящим по длине зазором между несоединенными кромками листа по ширине, а затем торцовые поверхности соединяют друг с другом, в результате чего получают стальную трубу, причем при осуществлении данного способа используется прессующий штамп.

Уровень техники

При производстве стальных труб большого диаметра с большой толщиной стенки, используемых для создания магистральных трубопроводов и аналогичных сооружений, широко применяется так называемая UOE-технология, заключающаяся в прессовке стального листа определенной длины, ширины и толщины с целью придания ему U-образной формы, дальнейшей прессовке полученной заготовки с целью придания ей O-образной формы и получения открытой трубы, и последующей сварке встык несоединенных кромок трубы, после чего производится увеличение диаметра полученной трубы (так называемое экспандирование трубы) с целью улучшения округлости трубы.

Однако в вышеупомянутой UOE-технологии формовки, поскольку в процессе прессовки стального листа с целью получения U-образной и О-образной формы необходима большая сила прессования, невозможно обойтись без крупногабаритных прессов.

Вследствие этого, в последнее время рассматривались различные методы для уменьшения силы прессования при производстве стальных труб данного типа.

В известном уровне техники по данной тематике, в JP-A-S55-139117 раскрывается способ предварительной прессовки материала с приданием ему С-образной формы с последующей прессовкой с приданием U-образной формы и, после этого, прессовкой с приданием O-образной формы, таким образом, что тип деформации прессуемого материала становится соответствующим матричным элементам как в верхней, так и в нижней частях, в процессе прессовки с приданием O-образной формы. Далее, в JP-A-H11-285729 раскрывается способ изменения положения стыкуемых кромок U-образного стального листа относительно матричных элементов путем выполнения множества операций прессовки U-образного стального листа с его вращением с приданием O-образной формы, и в JP-A-2002-178025 раскрывается способ выполнения прессовки с приданием O-образной формы заготовке U-образной формы, полученной в результате прессовки с приданием U-образной формы со вкладышем, применяемым для получения трубы большего внешнего диаметра из трубы среднего наружного диаметра.

В качестве других документов известного уровня техники следует указать JP-A-2005-21907, в котором раскрывается способ формовки, при котором используется детектор напряжения, способный измерять наклон или перекашивание изгибающего элемента, установленного на наклонной плоскости, причем изгибающий элемент может наклоняться или перемещаться параллельно, в зависимости от обнаружения наклона или перекашивания детектором напряжения, и данный изгибающий элемент наклоняется или перемещается параллельно с целью прессовки, таким образом, что величина перекашивания меньше, чем величина наклона или величина перекашивания изгибающего элемента при прессовке материала с приданием ему формы трубы. В JP-A-2012-250285 раскрывается способ формовки разрезной трубы из заготовки некруглой формы посредством незначительной формовки по сравнению с другими операциями изгибания, с помощью по меньшей мере одной операции изгиба с воздействием на внутреннюю поверхность листового материала с левой и правой сторон относительно центра, определяемого местом прохождения продольной оси верхнего инструмента, воздействующего на постепенно изгибаемый листовой материал, с последующей формовкой законченной разрезной трубы путем соответствующего приложения силы прессования, воздействующей на область, образованную немного ранее на обеих сторонах от центра снаружи заготовки некруглой формы. Кроме того, в US 4149399 раскрывается способ формовки трубы с разрезным участком посредством пластической деформации только плоской части по меньшей мере в одном месте заготовки, имеющей плоскую часть между по меньшей мере двумя изогнутыми участками заданной кривизны.

Раскрытие сущности изобретения

Проблема, решаемая настоящим изобретением

В то же время, обычные технологии прессовки имеют свои недостатки, описанные ниже, и поэтому еще есть возможности для усовершенствования.

Например, как указывается в JP-A-S55-139117, JP-A-H11-285729 и JP-A-2002-178025 окружная длина формующей поверхности матрицы устанавливается практически равной ширине листового материала (исходного листа), и листовому материалу придают форму трубы путем введения вытянутой части материала в контакт с формующей поверхностью матрицы в процессе деформации при прессовке с приданием O-образной формы с целью придания ему формы формующей поверхности матрицы. Однако при увеличении площади контакта материала с матрицей сила прессования постепенно увеличивается, и возникает необходимость в более мощном прессе.

В технологии, направленной, в частности, на формование деталей из высокопрочных материалов большой толщины, требуется высокая сила прессования, и, таким образом, процесс прессовки материала с приданием ему O-образной формы производится не полностью, в результате чего невозможно избежать снижения качества формы.

В то же время, при формовке способами, описываемыми в JP-A-2005-21907, JP-A-2012-250285 и US 4149399, хотя при этих методах и не наблюдается возрастание силы прессования, как в JP-A-S55-139117, JP-A-H11-285729 и JP-A-2002-178025, поскольку формовка левой и правой сторон формуемого материала или заготовки некруглой формы производится по отдельности, в случае различия деформаций на левой и правой сторонах, существует риск возникновения ступенчатой разницы по высоте (смещения) боковых кромок трубы, которые впоследствии необходимо сваривать. Кроме того, в этих методах, при попытке одновременного придания материалу требуемой формы деформация локально сконцентрирована, в результате чего возникает риск ухудшения округлости. Таким образом, несколько раз возникает неизбежность деформации формуемого материала, и, кроме того, имеется предел по эффективности производственного процесса.

Задача настоящего изобретения заключается в создании эффективного способа производства стальной трубы высокой округлости, не требующего применения повышенного изгибающего усилия (изгибающей нагрузки), а также прессующего штампа для указанного способа.

Решение проблемы

Настоящим изобретением предлагается способ производства стальной трубы путем выполнения по меньшей мере одной операции гибки листового материала с загнутыми краевыми участками в направлении по ширине с целью получения заготовки с U-образной формой поперечного сечения, прессования полученной заготовки путем приложения изгибающего усилия с целью формирования открытой трубы с зазором в продольном направлении, и соединения встык торцовых поверхностей зазора открытой трубы, отличающийся тем, что по меньшей мере на части листового материала в процессе гибки создается слегка изогнутый участок с незначительным изгибом по сравнению с другими участками, или неизогнутый участок, на котором изгиб отсутствует, и изгибающее усилие прикладывается к части, находящейся на расстоянии W/4 (где W - ширина листового материала) от центра слегка изогнутого участка или неизогнутого участка в направлении к боковой кромке листового материала, без ограничения слегка изогнутого участка или неизогнутого участка в процессе прессования заготовки с приданием ее формы открытой трубы. В настоящем описании термин открытая труба служит для обозначения трубной заготовки, т.е. листового материала, которому была придана цилиндрическая форма, с зазором между его боковыми кромками, обращенными друг к другу.

Предлагаемый способ производства стальной трубы вышеуказанной конфигурации имеет следующие отличительные признаки, являющиеся предпочтительными для решения проблемы настоящего изобретения:

1) Центр слегка изогнутого участка или неизогнутого участка находится на участке, расположенном на расстоянии W/4 от краевого участка листового материала;

2) Длина слегка изогнутого участка или неизогнутого участка в направлении по ширине листового материала составляет не более 10% ширины листа;

3) При прикладывании изгибающего усилия с целью прессования заготовки, заготовка опирается на деталь, расположенную не на одной линии с линией действия изгибающего усилия, и если угол открытия заготовки, определяемый конструкцией детали, служащей опорой для заготовки, определяется как θs, а угол линии действия приложенного к заготовке изгибающего усилия определяется как θf, то прессование заготовки начинается при условии θf > θs;

4) Используемый для прессования заготовки прессующий штамп содержит формующую поверхность, которая в процессе прессования заготовки не контактирует со слегка изогнутым участком или неизогнутым участком;

5) В процессе прессования заготовки, изгибающее усилие одновременно прикладывается к участкам, каждый из которых расположен на расстоянии W/4 от центра слегка изогнутого участка или неизогнутого участка в направлении к боковым кромкам листового материала; кроме того,

6) В процессе прессования заготовки, образующий центр прессующего штампа, используемого для прессования заготовки, совпадает с центром заготовки по ширине; и

7) В процессе прессования, заготовка удерживается в U-образном положении, в котором ее зазор между боковыми кромками направлен вверх и опирается на центр заготовки по ширине, расположенный в самой нижней точке.

Кроме того, настоящим изобретением предлагается прессующий штамп, предпочтительно используемый в вышеуказанном способе производства стальной трубы, отличающийся тем, что данный прессующий штамп содержит два гибочных элемента, между которыми помещают заготовку, каждый из которых содержит формующую поверхность, которая в процессе прессования заготовки не входит в контакт со слегка изогнутым участком или неизогнутым участком.

Прессующий штамп вышеуказанной конфигурации содержит следующие отличительные признаки, являющиеся предпочтительными для решения проблемы настоящего изобретения:

1) По меньшей мере один из гибочных элементов содержит дугообразную поверхность, центр по ширине которой совпадает с образующим центром прессующего штампа, и формующую поверхность, содержащую наклонную поверхность, соединенную с обоими краями дугообразной поверхности и направленную в сторону образующего центра прессующего штампа.

Кроме того, дугообразная поверхность имеет центральный угол, величина которого составляет не менее 28°, угол, образованный наклонной поверхностью и прямой, пересекающейся с прямой, проходящей через центр по ширине дугообразной формующей поверхности, предпочтительно, составляет не менее 14°, и дугообразная поверхность может иметь радиус, величина которого составляет не более 1,2 диаметра производимой стальной трубы.

Полезный эффект изобретения.

В предлагаемом настоящим изобретением способе производства стальной трубы, в случае, когда выполняется по меньшей мере одна операция гибки листовой материал с загнутыми краевыми участками в направлении по ширине с целью получения заготовки с U-образной формой поперечного сечения, прессование полученной заготовки осуществляется путем приложения изгибающего усилия с целью формирования открытой трубы с зазором в продольном направлении, и соединения встык торцовых поверхностей зазора открытой трубы, причем по меньшей мере на части листового материала в процессе гибки создается слегка изогнутый участок с незначительным изгибом по сравнению с другими участками, или неизогнутый участок, на котором изгиб отсутствует, и изгибающее усилие прикладывается к части, находящейся на расстоянии по меньшей мере W/4 (где W - ширина листового материала) от центра слегка изогнутого участка или неизогнутого участка в направлении к боковой кромке листового материала, без ограничения слегка изогнутого участка или неизогнутого участка в процессе прессования заготовки с приданием ей формы открытой трубы. Таким образом, данный способ обеспечивает возможность эффективного формирования стальной трубы высокой округлости с применением относительно небольшого изгибающего усилия.

Согласно вышеуказанному способу производства стальной трубы, поскольку создается слегка изогнутый участок или неизогнутый участок, расположенный на расстоянии W/4 от краевого участка листового материала, в процессе прессования заготовки с U-образной формой поперечного сечения с приданием ей формы открытой трубы, данный участок не ограничивается прессующим штампом, и, таким образом, обеспечивается возможность уменьшения силы реакции при формовке.

В способе производства стальной трубы согласно настоящему изобретению, поскольку длина слегка изогнутого участка или неизогнутого участка в направлении по ширине листового материала составляет не более 10% ширины листа, это дает возможность получения открытой трубы с небольшим зазором между боковыми кромками, при сохранении высокой размерной точности.

В способе производства стальной трубы согласно настоящему изобретению, в процессе прессования заготовки путем приложения к ней изгибающего усилия, заготовка опирается на элемент, расположенный по меньшей мере на каком-то расстоянии от линии действия изгибающего усилия, и если угол открытия заготовки, определяемый конструкцией детали, служащей опорой для заготовки, определяется как θs, а угол линии действия приложенного к заготовке изгибающего усилия определяется как θf, то процесс прессования заготовки начинается при условии θf > θs, так что при деформировании слегка изогнутого участка или неизогнутого участка данный участок отклоняется наружу.

В способе производства стальной трубы согласно настоящему изобретению, в процессе прессования заготовки, поскольку используется прессующий штамп, содержащий формующую поверхность, не контактирующую со слегка изогнутым участком или неизогнутым участком, это дает возможность осуществления прессования со снижением изгибающего усилия.

В способе производства стальной трубы согласно настоящему изобретению, поскольку в процессе прессования заготовки изгибающее усилие одновременно прикладывается к участкам (двум участкам), каждый из которых расположен на расстоянии W/4 от центра слегка изогнутого участка или неизогнутого участка в направлении к боковым кромкам листового материала, не образуется смещение боковых кромок открытой трубы относительно друг друга.

В способе производства стальной трубы согласно настоящему изобретению, поскольку образующий центр прессующего штампа, используемого в процессе прессования заготовки, совпадает с центром по ширине заготовки, это дает возможность равномерного сгибания участков, соответствующих боковым кромкам открытой трубы с левой и правой стороны, и большое смещение боковых кромок не возникает.

В способе производства стальной трубы согласно настоящему изобретению, поскольку заготовка удерживается в U-образном положении и опирается своей нижней частью (центральной частью заготовки по ширине), это обеспечивает возможность симметричного деформирования заготовки на границе центра в направлении по ширине, что дает возможность получения открытой трубы высокой округлости.

Прессующий штамп, используемый в способе производства стальной трубы согласно настоящему изобретению, содержит два гибочных элемента, между которыми помещают заготовку, и формующую поверхность с формой поперечного сечения, которая обеспечивает, что в процессе прессования заготовки с помощью гибочного элемента данная формующая поверхность не входит в контакт со слегка изогнутым участком или неизогнутым участком. Таким образом, сила реакции при формовке уменьшается, что обеспечивает возможность эффективного производства стальной трубы.

Кроме того, поскольку прессующий штамп согласно настоящему изобретению содержит гибочные элементы, по меньшей мере один из которых имеет дугообразную поверхность, центр по ширине которой совпадает с образующим центром прессующего штампа, и формующую поверхность с наклоном, соединяющуюся с каждым из обоих краев дугообразной поверхности и направленную в сторону образующего центра прессующего штампа, это дает возможность получения стальной трубы высокой округлости без образования смещения боковых кромок.

В прессующем штампе согласно настоящему изобретению, когда центральный угол дугообразной поверхности составляет не менее 28°, и угол между наклонной поверхностью и прямой, пересекающейся с прямой, проходящей через центр по ширине дугообразной формующей поверхности, составляет не менее 14°, в процессе прессования заготовки, обеспечивается надежная возможность деформации слегка изогнутого участка или неизогнутого участка с отклонением наружу.

Кроме того, в прессующем штампе согласно настоящему изобретению, слегка изогнутый участок или неизогнутый участок не ограничивается формующей поверхностью прессующего штампа, поскольку дугообразная поверхность имеет диаметр, не превышающий 1,2 диаметра производимой стальной трубы в процессе прессования заготовки, благодаря чему достигается уменьшение силы реакции при формовке.

Краткое описание чертежей.

Фиг. 1 - схема предпочтительных пуансона и матрицы, используемых при создании заготовки, имеющей U-образную форму поперечного сечения.

Фиг. 2 - схема предпочтительного прессующего штампа, используемого для формовки открытой трубы.

Фиг. 3 - схема операций формовки листового материала с получением заготовки с U-образной формой поперечного сечения.

Фиг. 4 - схема в увеличенном масштабе поперечного сечения заготовки с U-образной формой поперечного сечения.

Фиг. 5 - принципиальная схема процесса прессовки заготовки с U-образной формой поперечного сечения с получением открытой трубы.

Фиг. 6 - график зависимости, показывающий отношение между значением индекса округлости к внешнему диаметру и длиной слегка изогнутого участка или неизогнутого участка к ширине листа.

Фиг. 7 - график зависимости, показывающий отношение между величиной зазора (мм) и длиной слегка изогнутого участка или неизогнутого участка к ширине листа.

Фиг. 8 - график зависимости, показывающий отношение между величиной зазора (мм) заготовки с U-образной формой поперечного сечения и длиной слегка изогнутого участка или неизогнутого участка к ширине листа.

Фиг. 9 - схема в увеличенном масштабе основных элементов верхней части штампа.

Фиг. 10 - график, демонстрирующий соотношение между углом θd формующей поверхности верхней части штампа и направлением θf приложения силы.

Фиг. 11 - захват металла верхней частью штампа.

Фиг. 12 - схема состояния, при котором образуется зазор между верхней частью штампа и заготовкой.

Фиг. 13 - график зависимости, показывающий отношение между радиусом дугового сегмента поверхности верхней части штампа к радиусу стальной трубы и индексом недостаточной деформации

Фиг. 14 - график зависимости, показывающий отношение между радиусом дугового сегмента поверхности нижней части штампа к радиусу стальной трубы и усилием формовки к усилию свободного изгиба слегка изогнутого или неизогнутого участка.

Фиг. 15 - схема контакта верхней и нижней частей штампа друг с другом.

Осуществление изобретения

Ниже приводится подробное описание варианта реализации настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи.

На Фиг. 1 и 2 схематично показаны предпочтительные пуансон, матрица, и, соответственно, прессующий штамп, используемые при реализации предлагаемого настоящим изобретением способа производства стальной трубы.

На Фиг. 1 показаны пуансон и матрица используемые при формовке листового материала с целью получения заготовки с U-образной формой поперечного сечения путем изгибания листового материала в продольном направлении, а на Фиг. 2 изображен прессующий штамп, применяемый при формовке полученной заготовки с целью получения открытой трубы с зазором в продольном направлении путем приложения изгибающего усилия к заготовке с U-образной формой поперечного сечения.

Ссылочной позицией 1 на Фиг. 1 обозначена матрица, установленная в месте, куда подается листовой материал S. Матрица 1 включает в себя левый и правый стержневидные элементы 1a и 1b, служащие опорой для листового материала S в двух местах по направлению подачи; данная матрица обеспечивает возможность изменения расстояния e между указанными стержневидными элементами 1a и 1b в зависимости от размера производимой стальной трубы.

Ссылочной позицией 2 обозначен пуансон, который может перемещаться в направлении к матрице 1 и в сторону от нее. Пуансон 2 содержит головку 2a, имеющую выпуклую в направлении вниз формующую поверхность, которая входит в контакт с листовым материалом S с целью его изгибания и придания ему изогнутой формы, и шток 2b, соединенный с задним (верхним) краем головки 2a пуансона и имеющий такую же ширину для обеспечения поддержки головки 2a пуансона.

Хотя здесь не показана конкретная конструкция штока 2b пуансона, его верхняя часть соединена с приводным устройством, таким как гидравлический цилиндр, и с помощью данного приводного устройства шток 2b пуансона может прилагать изгибающее усилие к головке 2a пуансона. Далее, ссылочной позицией 3 обозначены валки, выполняющие функцию устройства для транспортировки листового материала S.

Кроме того, ссылочной позицией 4 на Фиг. 2 обозначена верхняя часть штампа (гибочный инструмент), а ссылочной позицией 5 обозначена нижняя часть штампа (гибочный инструмент), сопрягающаяся с верхней частью штампа 4. Заготовку (имеющую U-образную форму поперечного сечения), изготовленную с помощью матрицы 1 и пуансона 2, помещают между верхней частью штампа 4 и нижней частью штампа 5, и прикладывают к данной заготовке изгибающее усилие с целью формирования открытой трубы.

Верхняя часть штампа 4 может содержать дугообразную поверхность 4a, центр по ширине которой совпадает с ее образующим центром, и формующие поверхности (наклонные поверхности) 4b, соединенные с каждой из обеих сторон дугообразной поверхности 4a и наклоненные в сторону образующего центра прессующего штампа. Нижняя часть штампа 5 может содержать формующую поверхность, которая в процессе прессовки заготовки не контактирует со слегка изогнутым участком или неизогнутым участком. Кроме того, верхняя часть штампа 4 может содержать прессующий штамп, имеющий формующую поверхность, которая в процессе прессовки заготовки не контактирует со слегка изогнутым участком или неизогнутым участком. В качестве нижней части штампа 5 также можно применять нижнюю часть, содержащую дугообразную поверхность, центр по ширине которой совпадает с ее образующим центром, и наклонные поверхности, соединенные с каждой из обеих сторон дугообразной поверхности 4a и наклоненные в сторону образующего центра прессующего штампа.

Для формовки используемого в качестве исходного листового материала S и придания ему трубовидной формы, сначала на участках боковых кромок листового материала S выполняется опрессовка края (также называемая краевой гибкой).

Операция опрессовки края выполняется на краевых участках листа по ширине, которые тяжелее согнуть с помощью матрицы 1 и пуансона 2, что дает возможность получить трубу с высокой степенью округлости.

Следует отметить, что округлость стальной трубы является показателем того, насколько форма поперечного сечения стальной трубы близка к окружности. В частности, для варианта реализации, при котором производимая стальная труба делится на двенадцать равных участком или на двадцать четыре участка в направлении по окружности в любом месте трубы по длине с целью измерения внешнего диаметра в противоположных точках, труба имеет максимальный диаметр D_max и минимальный диаметр D_min, и, соответственно, округлость трубы определяется как разность указанных величин, т.е. округлость = D_max - D_min. Таким образом, чем величина округлости ближе к 0, тем форма поперечного сечения стальной трубы ближе к идеальной окружности.

Листовой материал S с опрессованными краевыми участками помещают на матрицу 1, как показано на Фиг. 1, и производят его изгибание (трехточечную гибку) по всей ширине листа, как показано на Фиг. 3, с периодическим перемещением листового материала S на определенную величину подачи, в результате чего получают заготовку с U-образной формой поперечного сечения в целом.

В результате данной операции гибки получают заготовку S₁, содержащую расположенные на расстоянии W/4 от боковых кромок слегка изогнутые участки (участки с незначительной степенью изгиба) или неизогнутые участки P (участки без изгиба), как показано в увеличенном масштабе на Фиг. 4.

Слегка изогнутый участок P можно получать за счет уменьшения величины изгиба, создаваемой пуансоном 2, а неизогнутый участок Р можно получить за счет пропускания операции изгиба с помощью пуансона 2 при одновременном увеличении подачи листового материала S.

На Фиг. 3 более подробно показана схема операций гибки и подачи листового материала S, такого как листовой материал S, предварительно подвергнутый краевой гибке, последовательно сверху вниз в левой колонке, сверху вниз в центральной колонке, и еще раз сверху вниз в правой колонке; при этом на Фиг. 3 стрелками показаны направления движения пуансона 2 и листового материала S во время каждой операции.

В качестве пуансона 2 для гибки листового материала S можно применять пуансон, имеющий практически перевернутую Т-образную форму, у которого ширина головки 2a больше ширины (толщины) штока 2b пуансона. В этом случае, в ходе одной операции можно согнуть более значительную площадь листового материала по сравнению с конфигурацией, при которой ширина головки 2a пуансона практически равна ширине (толщине) штока 2b пуансона, как показано на Фиг. 1, благодаря чему уменьшается продолжительность операций гибки.

После получения заготовки S₁ с U-образной формой поперечного сечения, с целью придания ей формы открытой трубы производят прессовку данной заготовки S₁ с помощью верхней части штампа 4 и нижней части штампа 5, показанных на Фиг. 2.

В процессе операции прессовки заготовку S₁ устанавливают в U-образное положение, таким образом, что открытый участок направлен вверх, а сама заготовка расположена на нижней части штампа 5, так что ее нижний край, т.е. центр по ширине, становится опорой. Таким образом, как показано на Фиг. 5, верхняя часть штампа 4 прикладывает изгибающее усилие одновременно к двум краевым участкам листового материала S, расположенным на расстоянии W/4 от слегка изогнутых или неизогнутых участков P в сторону боковых кромок.

При таком прессовании, поскольку заготовка S₁ опирается на нижнюю часть штампа 5 в точке, расположенной по меньшей мере на некотором расстоянии от линии действия изгибающего усилия, а слегка изогнутый участок или неизогнутый участок P не удерживается прессующим штампом, заготовка S₁ принимает трубовидную форму, не требуя чрезмерно большого изгибающего усилия.

Что касается нижней части штампа 5, хотя в рассматриваемом варианте реализации используется нижняя часть с формующей поверхностью, которая не удерживает слегка изогнутый участок или неизогнутый участок P, когда формующая поверхность является дугообразной и имеет вогнутую форму, ее можно получить, используя диаметр больше диаметра производимой стальной трубы. Кроме того, формующая поверхность может быть плоской, и с ней заготовка S₁ может входить в линейный контакт.

В ходе операции прессования заготовки S₁ с приданием ей формы открытой трубы, согласно настоящему изобретению, изгибающее усилие прикладывается по меньшей мере к части, расположенной на расстоянии W/4 от центра слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P. Причина этого заключается в следующем.

Если заготовка S₁ в целом имеет круглую форму, изгибающий момент (M) равен F×r×cosϕ(где F - изгибающее усилие, r - радиус окружности) в положении с отклонением на угол ϕ от направления действия изгибающего усилия, и становится максимальным в положении с отклонением на угол 90° от направления действия изгибающего усилия, и деформация также становится максимальной. Таким образом, при приложении изгибающего усилия по линии действия, отклоненной от центра слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P на 90°, то есть, на 1/4 полной длины окружности, происходит эффективная деформация слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P. В этот момент, изгибающий момент является максимальным в положении с отклонением от линии действия изгибающего усилия на 90°, и по мере удаления от этого положения, он начинает уменьшаться. С целью обеспечения достаточной пластической деформации слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P, предпочтительно, прикладывают изгибающее усилие, создающее отклонение на величину W/4 ± 0,07 W.

Кроме того, в настоящем изобретении, центр слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P расположен на участке, расположенном на расстоянии W/4 от боковой кромки листового материала S, причина чего будет объяснена ниже.

Как уже указывалось выше, хотя изгибающее усилие, предпочтительно, прикладывается в направлении с отклонением на расстояние W/4 от центра слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P в направлении по ширине листового материала, поскольку его форма изменяется в ходе операции прессовки заготовки S₁ с приданием ей формы открытой трубы, положение точки контакта заготовки с верхней частью штампа 4 изменяется, и направление действия изгибающего усилия также изменяется. Если слегка изогнутый участок или неизогнутый участок P расположен на расстоянии W/4 от боковой кромки листового материала S, точка приложения изгибающего усилия всегда располагается на краевом участке листового материала S, благодаря чему всегда обеспечивается максимальная деформация слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P. Таким образом, это дает возможность производить деформацию слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P с помощью лишь одной операции, без изменения положения изгибания. Кроме того, для обеспечения достаточной деформации слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P, слегка изогнутый участок или неизогнутый участок P, предпочтительно, расположен на расстоянии W/4± 0,07W от точки приложения изгибающего усилия, т.е. краевого участка листового материала.

Согласно настоящему изобретению, если слегка изогнутый участок имеется в части листового материала S, в частности, в части, содержащей участок, расположенный на расстоянии W/4 от краевого участка листового материала S, или если неизогнутый участок P, в котором изгиб отсутствует, обеспечивается при изгибании листового материала S, длина L (см. Фиг. 4) слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P в направлении по ширине листового материала S, предпочтительно, составляет не более 10% ширины листа. Причина этого заключается в следующем.

При приложении изгибающего усилия к заготовке S₁ с U-образной формой поперечного сечения, содержащей слегка изогнутый участок или неизогнутый участок P длиной L, расположенный на расстоянии W/4 от слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P, изгибающий момент воздействует на слегка изогнутый участок или неизогнутый участок P, и данный участок деформируется.

Когда заготовка S₁ в целом приобретает круглую форму, изгибающий момент (M) равен F×r×cosϕ(где F - изгибающее усилие, r - радиус окружности) в положении с отклонением на угол ϕ от направления действия изгибающего усилия, и становится максимальным в положении с отклонением на угол 90° от направления действия изгибающего усилия, и деформация также становится максимальной. Однако величина деформации слегка изогнутого участка и неизогнутого участка Р является неодинаковой. Таким образом, форма поперечного сечения получаемой открытой трубы отличается от идеальной окружности.

Нами было проведено исследование зависимости отношения величины отклонения от идеальной окружности к внешнему диаметру трубы от отношения длины L слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P заготовки S₁ с U-образной формой поперечного сечения к ширине листа для трубы с толщиной стенки 38,1 мм, выполненной из материала стандарта Gr. X65 Американского нефтяного института (АНИ). Как видно из Фиг. 6, величина отклонения возрастает по мере увеличения длины слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P и уменьшения внешнего диаметра. Для трубы с внешним диаметром 559 мм, когда длина слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P превышает 10% ширины листа, величина отклонения составляет более 1,5% внешнего диаметра.

И хотя согласно стандарту АНИ, который является общим стандартом, используемым при производстве труб для магистральных трубопроводов, коэффициент коррекции формы коэффициент экспандирования трубы (т.е. степень увеличения диаметра при экспандировании) составляет около 1,5% в процессе экспандирования трубы после соединения (сварки) кромок продольного зазора, если величина отклонения составляет более 1,5% от внешнего диаметра, точность готовой трубы по размерам может быть недостаточной. Таким образом, в настоящем изобретении, длина L слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P в направлении по ширине листового материала S, предпочтительно, выбирается равной не более 10% ширины листа. Кроме того, с целью обеспечения достаточной пластической деформации слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P, длина L, предпочтительно, выбирается в диапазоне W/4± 0,07 W от направления действия изгибающего усилия.

Далее, при увеличении длины L слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P, зазор между кромками открытой трубы увеличивается вследствие пружинного эффекта при снятии изгибающего усилия, как это показано на Фиг. 7, и соединение торцовых поверхностей кромок может стать затруднительным, что в некоторых случаях может создавать ограничения.

На Фиг. 8 приведен график, демонстрирующий зависимость величины зазора между боковыми кромками (открытия U-образной формы) заготовки S₁ с U-образной формой сечения от длины L слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P. Несмотря на то, что при уменьшении длины L слегка изогнутого участка или неизогнутого участка P размерная точность повышается, поскольку зазор между боковыми кромками заготовки S₁ также уменьшается, когда зазор между боковыми кромками становится меньше ширины пуансона 2, становится невозможно поднять пуансон 2 после конечной операции гибки (последней операции на Фиг. 3), и становится невозможно извлечь заготовку S₁ из пресса. Таким образом, нижний предел длины L устанавливают в зависимости от размера применяемого оборудования или размера производимой стальной трубы. Например, при производстве стальной трубы с внешним диаметром 559 мм с помощью пресса с пуансоном 2, имеющим ширину 150 мм, необходимо, чтобы отношение L/W составляло не менее 0,05.

Согласно настоящему изобретению, если угол открытия, определяемый конструкцией опорной детали, на которой установлена заготовка S₁, составляет θs, и угол между направлением действия изгибающего усилия и вертикалью (угол изгибающего усилия) равен θf, прессование заготовки S₁ начинается при условии θf > θs. Однако участок, на который опирается заготовка S₁, отвечающая данному условию, фактически отсутствует на линии действия изгибающего усилия, и слегка изогнутый участок или неизогнутый участок P может надежно перем