板邊預彎作為直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線(xiàn)的主要工序之首，對直縫埋弧焊鋼管的質(zhì)量影響很大。其目的是同時(shí)完成鋼板兩邊的彎曲變形，使鋼板兩邊的彎曲半徑達到或接近所需鋼管的半徑，從而保證鋼管開(kāi)口區域的幾何形狀和尺寸精度。早期的直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)中沒(méi)有預彎工藝，至60年代在美國的麥基波特廠(chǎng)部分機組才出現預彎技術(shù)，70年代預彎技術(shù)在世界范圍內得到極大重視和發(fā)展[1]。鋼板的預彎分輥式預彎和模壓式預彎兩種。輥式預彎屬于早期的預彎工藝，適用于薄鋼板，模壓式預彎屬于后來(lái)發(fā)展的較先進(jìn)的預彎技術(shù)，可用于厚板的彎曲成型，現今的JCOE和UOE直縫埋弧焊管生產(chǎn)中普遍采用模壓式預彎技術(shù)。該工藝可得到十分理想的板邊形狀，有效防止成型后的管筒呈尖嘴“桃形”和擴徑時(shí)開(kāi)裂[2]。本文利用MSC.MARC軟件的回彈計算技術(shù)，對模壓式預彎工藝進(jìn)行數值模擬，合理選擇模具形狀、預彎卷角、預彎長(cháng)度等，從而保證直縫埋弧焊接鋼管的預彎質(zhì)量。
　　
　　1模壓式預彎工藝方案
　　
　　模壓式預彎，是采用兩套模具同時(shí)對鋼板的兩邊進(jìn)行加壓從而使鋼板彎曲得到所需弧度。操作步驟為：根據鋼板寬度調整模具位置，鋼板放置入上下模間，上模固定，兩壓力機下模同時(shí)上頂進(jìn)行折彎，待兩下模下降、鋼板送入又一步長(cháng)后，重復以上過(guò)程直至鋼板兩邊同時(shí)完成預彎。
　　
　　由于模具的對稱(chēng)性，故選取一邊詳細分析模具形狀。上模和下模均采用優(yōu)化的漸開(kāi)線(xiàn)形狀，而非簡(jiǎn)單的標準圓的一段。因為越靠近板邊處曲率變化越大，回彈量也相應增大。為了最終得到標準的圓管，模具的弧線(xiàn)從左到右必須有個(gè)半徑漸漸增大的趨勢，A點(diǎn)即為漸開(kāi)線(xiàn)終點(diǎn)。其中下模的基圓半徑比上模大，上模的曲率半徑比下模大。鋼板從A點(diǎn)開(kāi)始逐漸變形，變形處的曲率半徑減小，力臂逐漸縮短，機器的壓制力逐漸增大。當力臂減小到一倍板厚(即到達C點(diǎn))時(shí)，變形結束。此時(shí)，壓制力最大，預彎寬度為B，預彎角度為α。
　　
　　2數值模擬
　　
　　為了便于對板料彎曲過(guò)程中的應力應變以及對回彈前后應力的變化進(jìn)行分析，利用MSC.MARC軟件對預彎變形進(jìn)行精確模擬。
　　
　　2.1模擬參數設置
　　
　　采用簡(jiǎn)化的上模和下模。材料選擇第一代管線(xiàn)系列鋼X52級(相當于日本TS52K鋼)，其力學(xué)性能參數如。
　　
　　2.2網(wǎng)格劃分要點(diǎn)
　　
　　由模具特點(diǎn)和金屬流動(dòng)規律可知，鋼板由右至左變形程度是逐漸增大的，為了模擬結果的精確，因此網(wǎng)格劃分中設置u方向的偏轉系數(-0.2)，使得網(wǎng)格由右至左逐漸由疏至密。另外，由于此變形屬于大變形，網(wǎng)格到后來(lái)變形嚴重，初始預定的網(wǎng)格劃分很難適應在不同時(shí)間點(diǎn)上變量的空間分布變化，為了以合理的計算成本獲得精度較高的分析結果，采用網(wǎng)格自適應有效的加密接觸區網(wǎng)格。
　　
　　2.3應力分析
　　
　　上述變形過(guò)程中，橫截面上不受剪力和彎矩，在縱截面上受始終垂直于中性層的彎矩作用，屬于純彎曲梁變形。隨著(zhù)變形的進(jìn)行，以縱向中性層為分界，上部縱向纖維縮短，下部縱向纖維伸長(cháng)。在應力上表現為上部受壓應力，數值呈負值;下部受拉應力，數值呈正值，所示。當下模上行到最高點(diǎn)時(shí)，機器壓制力達到最大值，等效應力也達到最大，其分布從右至左逐漸增大，下模撤回后，板料回彈同時(shí)伴隨應力釋放，板料自由端回彈最大，應力幾乎釋放到零。