基于Creo软件的大截面相贯钢圆管制作工艺

嵇雪飞(中建一局集团第一建筑有限公司，上海 201103)

钢板卷圆时，平板两端各有一段长度由于接触不到上辊而不发生弯曲，称为剩余直边。工艺上将平板开始弯曲的最小力臂叫做理论剩余直边，该段直边的大小与设备结构及其弯曲形式有关，通常为 1.5～2.5 倍的待卷钢板板厚。

目前，相贯钢圆管大多采用相贯线切割机进行加工，特别是成品圆管的相贯口切割。但是相贯线切割机成本较高，且切割下来的材料为弧形，很难再次利用，导致材料损耗较大，且切割时大截面钢圆管需要来回吊运及在大型胎架上转动，施工效率降低。

另外，钢板采用传统对称的三辊卷板机进行卷制，下料时需要预加一段剩余直边，留待钢板卷制成型后进行切除，也导致了材料损耗加大，且增加了施工工序，降低了生产效率。

1 工 艺

本工艺对卷管工艺进行改良，避免了预加剩余直边的问题，节省了材料，也减少了切割剩余直边的工序，同时也不需要进行钢板预弯处理，优化了工艺，提高了效率。主要流程为：构件建模、钢板放样、编程下料、钢板卷制、纵缝焊接、筒体复圆。

1.1 构件建模

根据结构图纸，利用 Creo 三维建模软件，建立 1:1 全真三维相贯圆管。为了提高放样精度，圆管建模时厚度为1mm ，直径d 模为圆管的实际中径，即d 模=d 实外—t 板厚。钢板卷制时虽然钢板有所延展，但是筒体纵缝焊接时，有部分的径向焊接收缩。理论计算结合实际经验，钢板延展与焊缝收缩值大致相当，因此可以将圆管实际中径作为钢板下料的实际宽度。

圆管的长度通常需要加 10～15 mm 余量，以预防组装误差(进行切割校正)及纵缝焊接时的轴向收缩。

打开 Creo 三维建模软件，进入零件设计模块，此时软件默认单位为：N、mm、s。利用软件的拉伸、切割、旋转等功能，精确绘制相贯圆管(薄壁圆管)。示意图见图1。

图1 相贯钢圆管示意图

1.2 钢板放样

圆管展开需要设置撕裂口，为了最大限度地提高材料使用率，减少材料损耗，撕裂口位置选择在相贯口波峰处，由此展开后的图形放置在钢板上，钢板切割掉的部分才能最大限度地2次利用，提高材料使用率，减少材料损耗。示意图见图2。

图2 展开图置于钢板示意图

在圆管上设置放样展开撕裂口，撕裂口宽度为 0.1 mm，通长设置。点击面组展开命令，选择圆管作为需要展开的面组，选择撕裂口上的一个点作为基准固定点不动，点击确定。圆管与展开图形示意图见图3。

图3 圆管及展开示意图

隐藏筒体本身，将图形导出为 CAD 格式图形，展开后的钢板示意图见图4：

图4 圆管展开示意图

1.3 编程下料

将展开图纸设置好格式后，导入 Sinocam 软件中，放置在相应规格的钢板上，设置割嘴型号、切割速度、起弧点、切割补偿值等参数，点击生成程序。车间根据此切割程序文件，调整钢板位置进行下料。

1.4 钢板卷制

1.4.1 卷制设备

钢管加工一般有2种方式，压制和卷制。由于压制对钢板表面有压痕损伤及压制内应力过大，一般均采用卷制成型。常用的卷板机有对称式三辊卷板机、不对称三辊卷板机、四辊卷板机，其中对称式三辊卷板机因结构简单、紧凑、重量轻、操作简便，应用最为广泛。

1.4.2 卷制原理

卷制时，钢板置于卷板机的上下辊轴之间，当上辊轴下降时，钢板便受到弯矩的作用而发生弯曲变形，由于上下辊轴的转动，通过辊轴与钢板间的摩擦力带动钢板移动，使钢板受压位置连续不断地发生变化，从而形成平滑的曲面，完成卷制成型工作。

1.4.3 钢板卷制

(1)对称三辊卷板机卷制。内径为 D1 的筒体，卷制曲率半径为 D1/2+300 mm，卷制后形状见图5。

图5 钢板卷制示意图

(2)筒体合口。在图4位置处下压，按照循序渐进原则，每次下压高度 50 mm，然后进行转动至两端合口，合口后形状见图6。

图6 筒体合口示意图

两端剩余直边合口时，必须保证合口处平整，合口间隙控制在 0～2 mm 之间，不允许有错边等缺陷。

1.5 纵缝焊接

筒体两端合口时，在合口处点焊(1 处/m)，每处焊缝长度≥ 50 mm，点焊完成后对合口处进行焊接，焊缝余高≤2mm。筒体焊接采用在筒体自动焊接中心或在专用自动焊接胎架上进行，筒体内外侧均采用自动埋弧焊进行焊接。

1.6 筒体复圆

筒体纵缝焊接完成 24 h 后，再将筒体置于卷板机上反复进行滚压，消除剩余直边，并利用弧形样板靠模检查筒体圆度。样板靠模采用计算机放样、全自动数控切割机下料，保证靠模的精度。筒体复圆及样板靠模示意图见图7。

图7 筒体复圆及样板靠模示意图

2 效 果

(1)大截面相贯钢圆管制作工艺，采用 Creo 三维软件进行全真建模，对相贯口进行展开放样，导出平面 CAD 图纸，保证了放样精度。

(2)大截面相贯钢圆管制作工艺，对筒体的展开二维图形进行预加 10 mm 余量，用于制造误差及焊接收缩后的调整及补偿，将二维图形导入到 Sinocam 中进行编程处理，设置切割顺序及速度、切割补偿值，精确进行下料，从源头保证了筒体的圆度及直径。

(3)大截面相贯钢圆管制作工艺，采用改良的三辊卷制工艺，不需要预加剩余直边及预弯处理，节约材料，提高了施工效率。

(4)大截面相贯钢圆管制作工艺，将部分车间作业搬至办公室，在电脑上高精度完成，使得施工更加规范化、标准化、精细化，减少了施工工序，提高了施工效率及质量。

(5)大截面相贯钢圆管制作工艺，首次将机械设计软件Creo 运用到钢结构制造领域，并经实践检验，具有很好的效益与可操作性，为后续钢结构制造提供了解决难题的方法与思路。

3 结 语

综上可知，大截面相贯钢圆管制作工艺，是将机械设计软件 Creo 运用到钢结构制造领域，将理论与实际统一，软件与施工结合，从源头节约材料，控制精度，减少施工工序，保证了施工的效率及质量，已成功应用到杭州来福士广场项目、广州国际金融城等项目。技术安全可靠，经济合理，可广泛应用推广。本工艺也为后续更复杂的构件制作提供了解决思路与方法。