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h型鳍片式省煤器弯管模具设计 1 h型材料的弯管工艺 近年来，由于燃料变化，使用的燃料发热量低，灰烬高，导致现有锅炉的省煤器严重磨损，效率低下。因此，有必要设计新的省级煤炭装置。H型鳍片式省煤器的出现, 改善了上述的缺陷, 但从公司接到的鳍片管加工订单来看, H型鳍片式省煤器的弯头R/D值要求有愈来愈小趋势。弯头示意图见图1。例如:弯管准42 mm×5 mm, 材料为20 G钢, 弯曲半径为45 mm, R/D值为1.07。弯管准32 mm×4 mm, 材料为20 G钢, 弯曲半径为35 mm, R/D值为1.09。普通弯管机和原有弯管工艺已经不能满足如此高的要求。为了解决这个问题, 我们采用了具有反变形滑槽导板形式模具的弯管机 (W27Y-63C) 进行弯制, 并增加了弯管预加热工艺或者热整形工艺, 从而保证了弯管的减薄率、椭圆率和外观轮廓。本文主要介绍弯管模具主要部件的设计方法和预热工艺。 2 弯管模型腔尺寸设计 图2为弯管模具结构示意图。 1) 弯曲模。由管子原材料的外径确定其模槽大小, 根据管材的弯曲半径 (管间中心距) 确定其半径。 管件外径D、壁厚δ、弯曲半径R、屈服极限σs确定之后, 在考虑到管材的回弹因素的基础上确定模具的弯曲半径 式中:R为管件弯管半径mm;σs为管件屈服极限, N/mm2;E为管件弹性模量, N/mm2;Rx为相对弯曲半径, Rx=R/D, D为管件外径, m为K1+K0/ (2Rx) , K1为管材截面形状系数, K0为钢材的相对强化系数。R′作为实际参数使用, 进行圆整。省煤器中, 蛇形管材料多为20 G钢, 可以查得:σs=245 MPa, E=192×103MPa, K0=5.8, K1=1.275 (D-2δ) / (D-3δ) 。其中:δ为管件壁厚, mm;D为管件外径, mm;弯管模与管子接触部分型腔圆弧直径同管子外径D。 2) 夹紧块。夹紧块的设计主要取决于管件上相连的两个弯头的最小直线距离, 即夹紧钳口长度A的设计。A尺寸过小, 则夹不紧管件, 弯曲时管件易打滑, 损伤外观, 影响弯曲角度。反之, A尺寸过大, 当夹持管件时, 有可能将已成型的前一弯头夹扁, 为了使A尺寸在设计时尽量能短一些, 应在型腔内设计成若干个凹槽形状, 同时在弯曲模的夹紧直线段同样设计成若干个凹槽, 增加对管件的摩擦力, 夹紧块夹持管件的松紧度一般由现场试验的经验值决定, 夹持太紧, 管件外壁压痕, 夹持太松, 管件易打滑, A尺寸应设计成合适的长度, 与弯管模直线段配合, 适合所需生产的多规格管子的弯头, 夹管子的弧形同管子外径D, 结构见图4。通常按经验公式确定其尺寸, 即A= (2~3) D。 3) 滑槽导板。反变形弯管是在管子发生弯曲变形处, 预先使管子外侧受到反方向变形而向外凸出, 以抵消管子弯曲时产生的椭圆形可使管子的横断面回复到圆形, 这一预加在管子弯曲段外侧的变形量通称为反变形。对于厚壁、弯曲半径大的管件通常采用滚轮式结构, 费用低, 结构简单。压紧轮虽然也采用了反变形法弧形设计, 但弯管质量较差, 尤其在弯曲薄壁管件时, 容易出现内壁起皱、外壁塌陷等弯曲缺陷, 采用滑槽导板结构, 可以改善这一状态, 滑槽导板见图5所示。 随着Rx的减小, 弯管的弯头外侧减薄量、椭圆度指标下降愈严重, 模具对管子的压痕愈明显, 在Rx趋近1时, 变形最大。本公司在加工H型鳍片式省煤器时, 接触到很多类似于准32×4R35的弯头, Rx值接近于1, 表1所示Rx在1~1.2之间的数字是经过很多次试验生产得出的值, 针对具体弯头的规格等情况, 必须作相应的修正。 3 侧推量的调整 对于不同规格材质的管子, 必须根据弯管质量的情况, 对滑槽导板的随动速度、压力进行调整, 滑槽导板的动力来源于推力油缸, 在弯管过程中, 推力油缸的力是不变的, 推力油缸将推力通过滑槽与管子之间的摩擦力传递给被弯曲的管子, 推力的大小是通过调整推力油缸的油压值和侧推量来实现, 侧推量即助推速度与弯管线速度之差值, 以摩擦力的方式实现侧助推弯, 弯管设备的油压出厂是设定后一般不能随意改变的, 侧推量的调整就是侧推力的调整。一般来说, 随着滑槽侧推量的增加, 弯头的椭圆度和减薄量指标可以改善。 对于Rx值接近于1而以上所述方法均未能解决的情况, 原先采用所谓小R加热挤压整形法, 先预弯曲成180°且R=1.5D的弯管半径的弯头, 对整个预弯弯头加热, 然后利用整形模进行整形, 这种方法制造的小R弯头易出现压痕严重、偏头、尖头、表面粗糙等缺陷, 挤压后要正火加回火、回火热处理等, 周期长费用高。现采用预热弯管的方法, 效果较好。即先作热加工预处理, 然后再弯制, 不管是用线圈感应加热还是气焊加热, 加热区域如图7所示, 具体过程为