徐茂仁

（無錫錫東能源科技有限公司，江蘇 無錫 214002）

1 彎頭的結(jié)構(gòu)和加工難度

近些年電廠由于燃料的改變，使用的燃料發(fā)熱量低、灰分高，使原有的一些鍋爐省煤器磨損十分嚴(yán)重，效率低下，這就需要設(shè)計(jì)新型的省煤器。H 型鰭片式省煤器的出現(xiàn)，改善了上述的缺陷，但從公司接到的鰭片管加工訂單來看，H 型鰭片式省煤器的彎頭R/D 值要求有愈來愈小趨勢(shì)。彎頭示意圖見圖1。例如：彎管φ42 mm×5 mm，材料為20 G 鋼，彎曲半徑為45 mm，R/D 值為1.07。彎管φ32 mm×4 mm，材料為20 G 鋼，彎曲半徑為35 mm，R/D 值為1.09。普通彎管機(jī)和原有彎管工藝已經(jīng)不能滿足如此高的要求。為了解決這個(gè)問題，我們采用了具有反變形滑槽導(dǎo)板形式模具的彎管機(jī)（W27Y-63C）進(jìn)行彎制，并增加了彎管預(yù)加熱工藝或者熱整形工藝，從而保證了彎管的減薄率、橢圓率和外觀輪廓。本文主要介紹彎管模具主要部件的設(shè)計(jì)方法和預(yù)熱工藝。

圖1 鰭片管彎頭示意圖

圖2 彎管模具結(jié)構(gòu)示意圖

2 彎管模具主要參數(shù)的設(shè)計(jì)

圖2 為彎管模具結(jié)構(gòu)示意圖。

1）彎曲模。由管子原材料的外徑確定其模槽大小，根據(jù)管材的彎曲半徑（管間中心距）確定其半徑。

圖3 彎曲模

式中：R 為管件彎管半徑mm；σs為管件屈服極限，N/mm2；E 為管件彈性模量，N/mm2；Rx為相對(duì)彎曲半徑，Rx=R/D，D 為管件外徑，m 為K1+K0/（2Rx），K1為管材截面形狀系數(shù)，K0為鋼材的相對(duì)強(qiáng)化系數(shù)。R′作為實(shí)際參數(shù)使用，進(jìn)行圓整。省煤器中，蛇形管材料多為20 G 鋼，可 以 查 得：σs=245 MPa，E=192×103MPa，K0=5.8，K1=1.275（D-2δ）/（D-3δ）。其中:δ 為管件壁厚，mm；D 為管件外徑，mm；彎管模與管子接觸部分型腔圓弧直徑同管子外徑D。

2）夾緊塊。夾緊塊的設(shè)計(jì)主要取決于管件上相連的兩個(gè)彎頭的最小直線距離，即夾緊鉗口長(zhǎng)度A 的設(shè)計(jì)。A尺寸過小，則夾不緊管件，彎曲時(shí)管件易打滑，損傷外觀，影響彎曲角度。反之，A 尺寸過大，當(dāng)夾持管件時(shí)，有可能將已成型的前一彎頭夾扁，為了使A 尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)盡量能短一些，應(yīng)在型腔內(nèi)設(shè)計(jì)成若干個(gè)凹槽形狀，同時(shí)在彎曲模的夾緊直線段同樣設(shè)計(jì)成若干個(gè)凹槽，增加對(duì)管件的摩擦力，夾緊塊夾持管件的松緊度一般由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)值決定，夾持太緊，管件外壁壓痕，夾持太松，管件易打滑，A 尺寸應(yīng)設(shè)計(jì)成合適的長(zhǎng)度，與彎管模直線段配合，適合所需生產(chǎn)的多規(guī)格管子的彎頭，夾管子的弧形同管子外徑D，結(jié)構(gòu)見圖4。通常按經(jīng)驗(yàn)公式確定其尺寸，即A=（2~3）D。

圖4 夾緊塊

3）滑槽導(dǎo)板。反變形彎管是在管子發(fā)生彎曲變形處，預(yù)先使管子外側(cè)受到反方向變形而向外凸出，以抵消管子彎曲時(shí)產(chǎn)生的橢圓形可使管子的橫斷面回復(fù)到圓形，這一預(yù)加在管子彎曲段外側(cè)的變形量通稱為反變形。對(duì)于厚壁、彎曲半徑大的管件通常采用滾輪式結(jié)構(gòu)，費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。壓緊輪雖然也采用了反變形法弧形設(shè)計(jì)，但彎管質(zhì)量較差，尤其在彎曲薄壁管件時(shí)，容易出現(xiàn)內(nèi)壁起皺、外壁塌陷等彎曲缺陷，采用滑槽導(dǎo)板結(jié)構(gòu)，可以改善這一狀態(tài)，滑槽導(dǎo)板見圖5 所示。

圖5 滑槽導(dǎo)板

圖6 模具橫截面圖

滑槽導(dǎo)板的壓料槽由兩部分組成，即引導(dǎo)部分和反變形部分，引導(dǎo)部分的圓弧與管件外徑相同，反變形部分的長(zhǎng)度L′和弧形需根據(jù)管件的直徑D、彎曲半徑R、材料特性來決定。r1為彎管模型腔圓弧半徑，其大小同管子外徑的1/2。L′一般取2πR′α/360°,α 為彎管角度。引導(dǎo)部分長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)備情況一般取1.6D~πR 之間，引導(dǎo)部分與反變形部分之間應(yīng)有過渡區(qū)部分，一般取20。

隨著Rx的減小，彎管的彎頭外側(cè)減薄量、橢圓度指標(biāo)下降愈嚴(yán)重，模具對(duì)管子的壓痕愈明顯，在Rx趨近1時(shí)，變形最大。本公司在加工H 型鰭片式省煤器時(shí)，接觸到很多類似于φ32×4R35 的彎頭，Rx值接近于1，表1 所示Rx在1~1.2 之間的數(shù)字是經(jīng)過很多次試驗(yàn)生產(chǎn)得出的值，針對(duì)具體彎頭的規(guī)格等情況，必須作相應(yīng)的修正。

表1 反變形槽尺寸

3 彎制工藝及改進(jìn)

對(duì)于不同規(guī)格材質(zhì)的管子，必須根據(jù)彎管質(zhì)量的情況，對(duì)滑槽導(dǎo)板的隨動(dòng)速度、壓力進(jìn)行調(diào)整,滑槽導(dǎo)板的動(dòng)力來源于推力油缸，在彎管過程中，推力油缸的力是不變的，推力油缸將推力通過滑槽與管子之間的摩擦力傳遞給被彎曲的管子，推力的大小是通過調(diào)整推力油缸的油壓值和側(cè)推量來實(shí)現(xiàn)，側(cè)推量即助推速度與彎管線速度之差值，以摩擦力的方式實(shí)現(xiàn)側(cè)助推彎，彎管設(shè)備的油壓出廠是設(shè)定后一般不能隨意改變的，側(cè)推量的調(diào)整就是側(cè)推力的調(diào)整。一般來說，隨著滑槽側(cè)推量的增加，彎頭的橢圓度和減薄量指標(biāo)可以改善。

對(duì)于Rx值接近于1 而以上所述方法均未能解決的情況，原先采用所謂小R 加熱擠壓整形法，先預(yù)彎曲成180°且R=1.5D 的彎管半徑的彎頭，對(duì)整個(gè)預(yù)彎彎頭加熱,然后利用整形模進(jìn)行整形，這種方法制造的小R 彎頭易出現(xiàn)壓痕嚴(yán)重、偏頭、尖頭、表面粗糙等缺陷，擠壓后要正火加回火、回火熱處理等，周期長(zhǎng)費(fèi)用高?，F(xiàn)采用預(yù)熱彎管的方法，效果較好。即先作熱加工預(yù)處理，然后再彎制，不管是用線圈感應(yīng)加熱還是氣焊加熱，加熱區(qū)域如圖7所示，具體過程為：在預(yù)先已切割好的定長(zhǎng)直管狀態(tài)，將需要彎曲的部分在直管位置先定位，即圖示πR 的彎曲區(qū)域進(jìn)行加熱，之后立即移動(dòng)至彎管機(jī)進(jìn)行彎制，簡(jiǎn)便實(shí)用，減薄量、橢圓度等均能達(dá)到指標(biāo)，但要控制加熱溫度和加熱均勻度，操作時(shí)注意穿戴好防燙傷防護(hù)用具。

圖7 加熱區(qū)域示意圖

4 結(jié) 論

終上所述，對(duì)于R/D 值接近1 的情況，在具體的操作中要以最終彎制的彎頭尺寸符合技術(shù)要求為目的，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，結(jié)合上述所述的幾個(gè)方面的方法綜合應(yīng)用，是能夠滿足大量H 型鰭片式省煤器的小R 彎頭生產(chǎn)。

［1］ 宋貴良.鍋爐計(jì)算手冊(cè)［M］.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1995.