浙江特富鍋爐有限公司(海寧 314422)白鶴峰 葉元華 鄧龍強(qiáng) 盛大松 葉畢彬 鄧 亮 劉 洋
起伏成形是指金屬板材在力的作用下,使用模具使金屬板材的表面積增大,形成局部的凸凹,從而實(shí)現(xiàn)提高零件剛度、減少使用材料厚度,實(shí)現(xiàn)定位、裝飾等設(shè)計(jì)需求的一種材料成形工藝方法。
起伏成形是在金屬板材上進(jìn)行局部脹形的一種金屬加工過(guò)程,一般常用于零件定位、局部藝術(shù)裝飾、浮雕形壓制,或增強(qiáng)金屬板材剛度。據(jù)有關(guān)資料介紹,使用起伏成形的方法,在金屬板材上壓出合適起伏成形的凹坑、凸起或加強(qiáng)筋時(shí),可使材料厚度減少1/2而不影響零件剛度。從而達(dá)到既提高產(chǎn)品美觀程度,又減少材料消耗,降低生產(chǎn)成本的積極效果。
目前,國(guó)內(nèi)在鍋爐上使用起伏成形加工的零件,主要是鍋爐的包裝板。如一般我們使用的瓦楞板。上海工業(yè)鍋爐廠等企業(yè)使用包裝成形板,起到了較好的使用效果。在20世紀(jì)70~80年代鍋爐行業(yè),一些企業(yè)采用起伏成形技術(shù)制作了燃煤鍋爐的前煙箱門(mén)蓋板(見(jiàn)圖1)和灰斗的上蓋板(見(jiàn)圖2),取得比較好的效果。制作的前煙箱門(mén)蓋板,厚度減少1/3以上,成形美觀,密封效果不錯(cuò)。隨著國(guó)有企業(yè)改制,人員和設(shè)備變化,國(guó)內(nèi)前煙箱門(mén)基本又回到平板設(shè)計(jì)的樣式?;叶飞仙w板也采用增加鋼板厚度或采用角鋼補(bǔ)強(qiáng)的方法制作。在這里,重新向各鍋爐企業(yè)推薦起伏成形工藝,就是希望在鍋爐行業(yè)推廣這項(xiàng)工藝技術(shù),以減少材料使用量,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量和鍋爐的美觀程度。
根據(jù)我們初步估算,按我國(guó)目前鍋爐產(chǎn)量按1萬(wàn)~1.2萬(wàn)臺(tái)/a,6萬(wàn)~7萬(wàn)蒸噸計(jì)算。按每臺(tái)鍋爐節(jié)約鋼材50kg計(jì)算,一年可節(jié)約鋼材500~600t,價(jià)值約200萬(wàn)元。
國(guó)外鍋爐產(chǎn)品的美觀程度,遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品,一方面是他們注重工業(yè)產(chǎn)品美術(shù)設(shè)計(jì)、色彩搭配,另一方面是采用了起伏工藝制作的包裝板與成形件,所以取得較好的視覺(jué)效果。
圖1
圖2
起伏成形具體尺寸,根據(jù)相關(guān)資料介紹和工作經(jīng)驗(yàn),在表1中給出了在我們鍋爐制造行業(yè)可能用到的起伏基本形狀、尺寸,供參考。起伏深度和寬度可參照表1并根據(jù)工件情況進(jìn)行調(diào)整,以滿足工件補(bǔ)強(qiáng)要求為原則。特別是起伏深度,如果過(guò)淺達(dá)不到補(bǔ)強(qiáng)要求;如果過(guò)深可能會(huì)造成材料撕裂。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)式(2)進(jìn)行估算或試壓后決定為宜。
如果起伏形狀為封閉曲線,在相交處應(yīng)采用圓角過(guò)渡,圓角尺寸選擇數(shù)值時(shí)應(yīng)偏大一點(diǎn)為宜。如果在工件兩端終止,可按表2制作終止端。
表1 起伏基本形式和尺寸
起伏成形力,一般是按下式進(jìn)行計(jì)算:
式中 F——成形力(N);
L——加強(qiáng)筋周長(zhǎng)(mm);
t——材料厚度(mm);
Rm——材料抗拉強(qiáng)度(MPa);
K——系數(shù),根據(jù)加強(qiáng)筋的寬度及深度來(lái)取。一般K值為0.7~1.0,當(dāng)加強(qiáng)筋窄而深時(shí)取大值,寬而淺時(shí)取小值。
表2 平面加強(qiáng)筋的基本形式和尺寸
根據(jù)材料性能(見(jiàn)表3)和零件復(fù)雜程度,起伏成形可采用一次成形,或分幾次成形的方法成形。在分次成形的過(guò)程中,一般采用退火方法來(lái)恢復(fù)金屬材料的塑性指標(biāo)。材料在每一次成形時(shí)能夠達(dá)到的極限伸長(zhǎng)率。
式中 L1——成形后沿截面材料長(zhǎng)度(mm);
L——成形前材料原始長(zhǎng)度(mm);
A——材料的伸長(zhǎng)率(%)。
表3 常用材料的力學(xué)性能
我們常用金屬材料在沖壓起伏制作的過(guò)程中,金屬材料產(chǎn)生塑性變形,由于材料冷變形引起的硬化效應(yīng),材料力學(xué)性能發(fā)生變化,材料強(qiáng)度指標(biāo)隨金屬材料變形程度的加大而增加,這種適度冷變形硬化,對(duì)我們的機(jī)械產(chǎn)品起伏制作,提高零件強(qiáng)度會(huì)起到積極的作用。
起伏成形使用的機(jī)械設(shè)備;一般小形零件,只要計(jì)算壓力滿足要求,一般壓力機(jī)、摩擦壓力機(jī)都可以用于起伏成形。平板帶狀補(bǔ)強(qiáng)起伏(見(jiàn)圖2),使用普通折邊機(jī)也可以制作,但應(yīng)該購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用模具。大型零件應(yīng)使用大型壓力機(jī)制作起伏?,F(xiàn)在一些企業(yè)的大型卷板機(jī),在配有專(zhuān)用模具的情況下,也可以進(jìn)行起伏制作。總之,起伏制作設(shè)備,只要滿足計(jì)算壓力要求,可根據(jù)自己企業(yè)的情況靈活決定。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員和工藝人員應(yīng)密切配合,根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求,進(jìn)行起伏設(shè)計(jì),達(dá)到提高產(chǎn)品性能、節(jié)約材料,提高產(chǎn)品美觀程度的積極作用。
起伏成形的模具,基本上均采用金屬模。對(duì)于薄板,也可采用橡膠模、聚氨酯橡膠模。小型零件和高速?zèng)_壓零件,模具應(yīng)按照常規(guī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在折邊機(jī)上制作起伏時(shí),可以訂購(gòu)專(zhuān)用模具。大型鍋爐附件使用油壓機(jī)成形時(shí),由于成形精度要求低,制作模具時(shí)可采用相對(duì)簡(jiǎn)單易行的方法制作。如圖3所示的煙箱門(mén)壓模,因?yàn)楫?dāng)時(shí)加工條件,此模具的制作就采用了簡(jiǎn)單易行的方法,周邊采用圓鋼充當(dāng)上模,字母采用氣割以后進(jìn)行修磨的方法制作。制作材料使用耐磨性能較好16Mn,成功制作出合格的產(chǎn)品。
圖3
在工業(yè)鍋爐領(lǐng)域,此工藝可以使用在鍋爐底座、煙箱面板、灰門(mén)門(mén)板、一些蓋板及鍋爐外包裝的外包裝板等。鍋爐的煙風(fēng)道,一般均采用大塊薄板制作,一些大型鍋爐由于使用鋼板較大,在鍋爐運(yùn)行時(shí),發(fā)生共振,產(chǎn)生很大噪聲。不得不采用加厚鋼板的方法或在外部焊接扁鋼、角鋼作為加強(qiáng)筋補(bǔ)強(qiáng)。如果采用制作起伏的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),在不需要增加鋼板厚度的情況下,就可以起到補(bǔ)強(qiáng)效果。
綜上所述,起伏工藝是一種投入不多,可提高鍋爐產(chǎn)品美觀程度,提高產(chǎn)品質(zhì)量,減少材料消耗,降低生產(chǎn)成本,同時(shí)又行之有效的工藝方法。此工藝在鍋爐行業(yè)推廣,能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益,也可以創(chuàng)造良好的社會(huì)效益,具有很好的推廣前景。