连续弯管制造工艺探讨

连续弯管制造工艺探讨　陈全黄俭　（南通万达锅炉股份有限公司）　摘要：本文结合连续弯管的工艺，分别针对在滚轮式、滑板式弯管机和油压机上的成形模具分　．　析、比较，并以　６６．７×８、Ｒ２００连续弯头的制造实践为例，阐述了连续弯头成形的工　艺特点和模具结构，极具参考价值。　关键词：连续弯管；工艺方法；模具。　１．前言　或平面四连弯。其结构如图１所示，其中“ｂ型”　在锅炉和压力容器生产中，常会遇到管排　通过两两组合可变成“ａ型”；“ｃ型”通过两两　布置的多种情况，如在同一平面内相交；或者　组合可变成“ｅ型”，其形式与“ａ型”相似；“ｄ　在管排中间让出观火门、炉门等位置；或者密　型”可通过将“ａ型”的中间直段变为零转换　排管子无法满足在集箱同一母线上开孔等，为　而来。由上述分析可得：多种连续弯头均可通　确保管子布置的连续性，必须让同一方向的管　过分割或组合转换，成为“ａ型”平面四连弯　屏或者部分管子绕道通行，从而形成了双连弯　的形式或者其近似形式。　ｂ鼻子弯　Ｃ双连弯　ｏｌ　Ｑ弯头　ｅ鼻子弯的对称组合形式　图１　连续弯头的基本形式　在连续弯头的工艺参数中，管子规格Ｄｗ　×Ｓ、Ｒ、ｈ和管子规格Ｄｗ×Ｓ为自变量，其　Ｓ　：　Ｄ：—　：０．１　１９９（属厚壁管）　余均为应变量。以管子　６６．７×８，材质为　ｗ　６６．７　……　２０Ｇ的连续弯为例（见图２所示），其弯曲半径　如果为普通单弯头弯管，或是两弯头之间　Ｒ２００，应变量为弯曲角０【，圆弧在轴线上的投　具有一定长度的直段，其弯管工艺性是较好的。　影长度ｂ，可通过三角函数换算求得。其弯曲　但由于图２所示的两弯头之间没有直段，在普　的稳定性参数一相对弯曲半径Ｒｘ和相对厚度　通拉拔式回弯弯管机上弯曲时，夹紧与定位比　Ｓｘ分别为：　较困难。本文以　６６．７×８连续弯头为例，　阐述了在不同设备上的制造工艺、模具结构特　：　＿２．９９８５￣３（属中等曲率）　点，并针对出现的问题，提出了合理的解决方　法。　一３０—　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ　、ＲＳ００　／　／　＼　１　ｆ　—　ｒ＿一　／　＼　—————Ｊ　ｌ————一　＼　图２管子连续弯曲　２．曲线夹块法连续弯管工艺及装备　本方法。以公司现有的生产条件来看，有滚轮　（１）滚轮式回弯弯管机连续弯工艺及装备　式回弯弯管机Ｗ２７Ｙ－６０Ａ和ＷＣ２７—１０８两种　用曲线夹块法弯曲平面连续弯头，是常用的基　型号，我们设计了如图３所示的弯管模。　图３连续弯主模示意图　该装置的动夹紧模块采用两种形式，有单　量小，减少模块加工工艺的复杂性，将模块分　一半圆弧式（件４）和组合式（件７）。定夹紧　解为圆弧夹紧体与直线体两部分，并采用焊接　块（件３）具有定圆环槽，加工工艺复杂。用　连接。由于圆弧夹紧体的制造难度大，可利用　该结构的弯管模在ＷＣ２７－１０８弯管机上弯制管　主模体线切割锯下，最大限度地利用圆弧槽体。　子　６６．７ｘ　８、弯曲半径Ｒ２００的平面连续弯头。　直线体设计时为确保组合模块在上、下夹板中　因其压紧滚轮具有一定的直径，所以两弯头间　的运行位置，两耳部均可沿夹板侧面滑动，两　存在着不大于管子直径的直段ｅ。为此我们设　侧面也进行了淬硬热处理。压板与直线体固定　计了如图４所示的组合式连续弯动夹紧块。　后既起导向作用，也限制了组合模块的运行位　单一半圆弧式动夹紧块用于弯管模初次弯　置。　制Ｒ２００。采用偏心夹紧装置固定位置，不仅　根据生产实践，连续弯动夹紧块制造工艺　简单易行，而且方便拆卸，为二次连续弯留下　性能良好，基本满足了产品要求。但由于夹紧　操作空间。组合式模块为使两弯头间的直段尽　不可靠，弯制时存在滑动移位现象。从弯管机　一３ｌ一　维普资讯 http://www.cqvip.com

上卸下的连续弯工件，存在着弯曲角度不一致、　工矫正后方可达到图纸要求。　过弯、欠弯和直段不平行等诸多缺陷，须经人　图４连续弯动夹块示意图　目前在滚轮式回弯弯管机上生产连续弯，　结构比图３所示的结构有较大的改进，两连续　效率高，但质量不稳定。　弯头间的直段基本消除，但欠弯、过弯、扭曲、　为了增加夹紧的可靠性，降低模具制造难　直边段不平行等缺陷仍旧存在，矫正的工作量　度，消除滚轮直径的影响，又设计了图５所示　较大，仍不适宜批量生产的要求。　的弯管模。该模具同样适用于滚轮式回弯弯管　（２）滑板式回弯弯管机连续弯工艺及装备　机。以偏心轮机构代替了具有内圆环槽的定夹　为了消除压紧滚轮直径对连续弯头间直段　紧块，动夹紧块则作为定位的靠模使用，件２、　的影响，我们在公司Ｗ２７Ｙ一８９Ｃ滑板式回弯　件３均刚性固定在主模１上，随主模一起旋转　弯管机上，设计了如图６所示的连续弯弯管模　完成连续弯头的弯制工作。通过生产实践，该　结构。　图６滑板式弯管机上弯　图５悬浮式偏心夹紧弯制　连续弯头的模具结构示意图　连续弯头的模具结构示意图　一３２一　维普资讯 http://www.cqvip.com

由于采用无芯助推冷弯的弯管设备，其压　根据前面分析，多种形式的平面连续弯头　块助推器或管端顶推助推器，使压块在弯曲过　都可归结为平面轴对称图形。我们以图２所示　程中与管子一起沿纵向移动，抵消绕弯时经常　的工件为对象加以研究。其相对弯曲半径Ｒｘ　出现的阻力，改变了管子剖面上的应力分布，　为３，　相对厚度Ｓｘ为０．１　１９９，参数值较大，　使中性层向弯曲的外侧移动，从而减少外侧壁　弯管工艺性较好。根据压弯工艺生产膜式壁管　的变薄量。在这类弯管机上弯制连续弯头，基　排的经验，使用了压弯法使平面四连弯一次成　本可消除弯头间的直段，但原弯管设备上的装　形的模具设计。　夹夹紧块的位置与模具上的动夹紧块（即件３）　（１）压力机的选择　会产生干涉现象，在实际运用中须对原设备进　工件是一个平面轴对称图形，其压制时压　行改制，比较麻烦。　弯力是一个平面平行力系，力系的一侧如图７　３．四连弯压制成形工艺及装备　所示。　Ｐ　４　Ｌ　／　｝　．／　／　／／／　　｜　／　＼　～　＼　／　一　Ｃ　一　一　［　一　图７压弯力系示意图　设　Ｃ　＝Ｃ＝Ｒ　代人式（１）可得：ＰＩ＝４２ＫＮ　、　则侧压轮压力为：　从图中可看出Ｐ与Ｐ’产生力矩使钢管弯曲。　Ｐｌｍａｘ＝　…………………（１）　当两轮互相靠近并接触完成工件的最终成形时　Ｒ　最小力臂为：ｂｍｉ　臂＝２ＲＳｉｎ　Ｏ【…………（２）　式中：Ｋ一考虑摩擦力等因素在内的安全　式中：ｂ　ｉ　臂为Ｐ作用线间距，Ｏ【为弯曲角。　系数，一般Ｋ取１．５　根据公司现有产品规格，　６６．７　Ｘ　８连续　ｗ一钢管的截面刚度　弯头其ｂｍ　臂为１８０，则，代人（１）式后为：　Ｌ一钢管弯曲时的力臂　Ｐ＝Ｋ　Ｘ　Ｗ　Ｘ　ｏ　ｓ／ｂ　４６．７ＫＮ　Ｗ＝　一　一２－ｓｒ）　］　由于Ｐ　Ｌ＝Ｐ　Ｌ’Ｐ＝Ｐ’　所以系统双侧平行力系的合力为：　：　．６７　一（６．６７—２×００）．８　］　Ｐｍａｘ＝２　Ｘ（Ｐｔ＋ＰＩ’＋Ｐ）＝２（４２＋４２＋４６．７）　ＫＮ一２６１ＫＮ　＝ｌ６．３３　Ｘ　１０—６ｍ３　由于受设备闭合高度、行程和工作台尺寸　ｏ　ｓ一钢管的屈服极限，２０Ｇ的ｏ　ｓ≤３４３ＭＰａ　的限制，我们选用３１５吨油压机进行加工。考　一３３—　维普资讯 http://www.cqvip.com

虑到油压机安装模具尺寸位置及压力机在低负　因为工件是平面对称图形，所以模具的结　荷下工作时内阻较大之故，我们对图２所示的　构也采用对称结构，它具有与平面四连弯的四　零件作了如下界定：ｈ≤Ｒ，Ｒｘ≥３，Ｓｘ≥０．０６，　个弯头两两对应的四个成形模块。模具结构示　ａ＋２ｂ≤１５００。　意图如图８所示。　（２）模具结构　。—＼　＿ｒｈ　ｒ　Ｌ１　］　—～　＾　ｌ　ｌ　Ｅ＝＝，　　＿＿一　、＼　、　，　ｆｌ　ｆ　７——～　Ｉ　，：　、　＜　Ｓ－＼　　＼三　、　一　～＼　Ｑ　Ｌ　１上模座２压轮支架３压轮４上型模５矫正支撑块６下型轮组７下模座　图８平面四连弯成形模　该结构中件４与件６为对应的四个成形模块。　式中：０【‘为工件弯曲时对模具的包角；　为了限制弯曲角０【的大小，对应地设置了四个　０【为工件原设计的弯曲角；　支撑点。所有与工件接触的型槽中心位于同一　ａ　ｃｃ为工件的回弹角；　垂直面内。件２、件３可相对于件１移动，保　ＲＩ＿：Ｒ一△Ｒ　………………………（４）　持ｂ　Ｒ。件４可带件２、件３一起在横梁上　式中：Ｒ’为弯曲模具的弯曲半径；　作无级移动，以保证距离ｌ的要求。本设计中ｌ　Ｒ为工件设计弯曲半径；　≤１５００ｍｍ。件５、件６均可在件７下模座上相　△１　为由于回弹引起的曲率增大值。　对移动，保证Ｌ和ｂ的要求。一般来说Ｌ、ｌ是　而且Ｒ×０【＝Ｒ’×０【’，即弯曲前后弯　工件规定的尺寸，ａ＝ｂ＝Ｒ，均不小于三倍工件　曲段的弧长相等。　的外径。ｈ和０【相对于工件的要求作回弹计算　一．一．　…　后控制，ｈ的大小可通过件２和件５来调节。　”。　１＋　Ｙ　因两相邻弯曲角０【的回弹相反，所以当工件在　压制时两端直段和中间直段保持平行，卸下后　式中：１２１＝Ｋ　＋　的工件仍旧是平行的，只是０【’＝０【＋ａ　０【，　．　Ｒｔ：Ｒ—Ａ　Ｒ而已。　Ｋｔ为管子截面形状系数，与工件相对壁厚　Ｓｘ有关。　’　＋△　…………………Ｉｌｊ）　Ｋｏ为钢材相对强压系数，与工件的材质　．．３４．．　维普资讯 http://www.cqvip.com

有关；　４．应用　Ｒｘ为相对弯曲半径；　ｏ　ｓ为工件材质的屈服极限；　Ｅ为材质的弹性模量。　只要在试模时作一次性调整合格，调好定　位挡铁和模具的各部分相对尺寸，就可批量生　产。各工件的形状完全一致，一次压制成形，　通过上述对平面四连弯的形式、弯曲工艺　及其装备的分析、使用和研究，大量的不规则　的深型平面连续弯头或立体连续弯头可通过图　３至图６所示的弯曲装置在普通弯管机上完成。　同时对一些浅型平面连续弯头可用图８所示的　压弯工艺法来完成。两者的有机结合可有效地　无需任何矫正就可合格。　提高连续弯头的工艺质量。　为了保证工件椭圆度在合格的范围内，件　随着锅炉容量增大、蒸汽初参数提高，多　４和件６的型槽应尽可能深，以增加模具对工　种材质的复合绕弯越来越多地应用于生产，管　件的约束力。两轮对合的最终间隙不小于零即　子不仅不限在一个平面内的两次以上弯曲，其　可。　间的直线长度也小于最小夹持长度，为此我们　经实践证明：当ｈ≤Ｒ时，即Ｏ【≤６０。时，　也可按照上述相应方法弯制，不断提高弯头的　对于规格为Ｒ２００、　６６．７×８的工件在弯曲　制造质量。　处的椭圆度能满足标准要求，即：　Ｏｍａｘ－－Ｄｒａｉｎ参考文献　——×１００　≤１０％……　（１）李沛瑶、陈登聚执笔　板金冲压工艺　Ｄ　手册》中　板金工艺　，国防工业出版社，　式中：Ｄｍａｘ、Ｄｍｉｎ－弯头同一断面上的　１９９６年。　最大和最小外径。　（２）李清国主编　冷作工　，中国劳动出　本工艺的适用范围应是较大弯曲半径（Ｒｘ　版社，１９９１年。　≥３）的中厚壁管（Ｓｘ≥０．０６），其弯曲角Ｏ【　（３）锅炉专业标准修订组，ＪＢ／Ｔ１６１　１—　≤６０。的电站锅炉膜式壁用平面连续弯头的生　１９９３　锅炉管子制造技术条件　，中华人民共　产。它具有效率高、质量好、劳动强度小的特　和国机械工业局发布，１９９３年。　点，特别适用于批量生产。　小资料　秸秆锅炉的特点　秸秆包括，玉米秆，麦秆，棉花秆和果木枝条等是一种生物质燃料，也是农业生产的废弃物。　如果任其在田间焚烧不但浪费宝贵的资源，还污染大气环境。同时秸秆是可再生能源，可充分利　川其来发电，只有良好的社会和环境效益，　根据各种秸秆的特点，在锅炉中当作燃料焚烧时，与常规燃煤锅炉相比只有以下特点；　１、在纯燃秸秆时以水振动炉排为宜，人炉前要经一定破碎加工，燃烧时炉排热负荷可较高，　炉内要有一二次风和较高的炉膛；　２、焚烧后灰中碱含量较多，灰熔点较低易结渣，锅炉受热面要布置较多吹灰器：　３、燃烧产生Ｈ　ＣＬ，ＣＬ利碱含量对过热器有一定腐蚀作用，过热器要将用高镍高铬合金材料：　目前有不少研究想为秸秆与煤在煤粉炉或循环流化床锅炉中共燃，对于上述问题可有效缓解，　同时可改善烟气的排放，值得推广。　一３５—