小R 彎管的反變形模具設計與制作

徐茂仁

（無錫錫東能源科技有限公司，江蘇 無錫 214002）

1 彎頭的結構和加工難度

近些年電廠由于燃料的改變，使用的燃料發熱量低、灰分高，使原有的一些鍋爐省煤器磨損十分嚴重，效率低下，這就需要設計新型的省煤器。H 型鰭片式省煤器的出現，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。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。普通彎管機和原有彎管工藝已經不能滿足如此高的要求。為了解決這個問題，我們采用了具有反變形滑槽導板形式模具的彎管機（W27Y-63C）進行彎制，并增加了彎管預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計方法和預熱工藝。

圖1 鰭片管彎頭示意圖

圖2 彎管模具結構示意圖

2 彎管模具主要參數的設計

圖2 為彎管模具結構示意圖。

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，K0為鋼材的相對強化系數。R′作為實際參數使用，進行圓整。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。夾緊塊的設計主要取決于管件上相連的兩個彎頭的最小直線距離，即夾緊鉗口長度A 的設計。A尺寸過小，則夾不緊管件，彎曲時管件易打滑，損傷外觀，影響彎曲角度。反之，A 尺寸過大，當夾持管件時，有可能將已成型的前一彎頭夾扁，為了使A 尺寸在設計時盡量能短一些，應在型腔內設計成若干個凹槽形狀，同時在彎曲模的夾緊直線段同樣設計成若干個凹槽，增加對管件的摩擦力，夾緊塊夾持管件的松緊度一般由現場試驗的經驗值決定，夾持太緊，管件外壁壓痕，夾持太松，管件易打滑，A 尺寸應設計成合適的長度，與彎管模直線段配合，適合所需生產的多規格管子的彎頭，夾管子的弧形同管子外徑D，結構見圖4。通常按經驗公式確定其尺寸，即A=（2~3）D。

圖4 夾緊塊

3）滑槽導板。反變形彎管是在管子發生彎曲變形處，預先使管子外側受到反方向變形而向外凸出，以抵消管子彎曲時產生的橢圓形可使管子的橫斷面回復到圓形，這一預加在管子彎曲段外側的變形量通稱為反變形。對于厚壁、彎曲半徑大的管件通常采用滾輪式結構，費用低，結構簡單。壓緊輪雖然也采用了反變形法弧形設計，但彎管質量較差，尤其在彎曲薄壁管件時，容易出現內壁起皺、外壁塌陷等彎曲缺陷，采用滑槽導板結構，可以改善這一狀態，滑槽導板見圖5 所示。

圖5 滑槽導板

圖6 模具橫截面圖

滑槽導板的壓料槽由兩部分組成，即引導部分和反變形部分，引導部分的圓弧與管件外徑相同，反變形部分的長度L′和弧形需根據管件的直徑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。引導部分長度根據設備情況一般取1.6D~πR 之間，引導部分與反變形部分之間應有過渡區部分，一般取20。

隨著Rx的減小，彎管的彎頭外側減薄量、橢圓度指標下降愈嚴重，模具對管子的壓痕愈明顯，在Rx趨近1時，變形最大。本公司在加工H 型鰭片式省煤器時，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 之間的數字是經過很多次試驗生產得出的值，針對具體彎頭的規格等情況，必須作相應的修正。

表1 反變形槽尺寸

3 彎制工藝及改進

對于不同規格材質的管子，必須根據彎管質量的情況，對滑槽導板的隨動速度、壓力進行調整,滑槽導板的動力來源于推力油缸，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整推力油缸的油壓值和側推量來實現，側推量即助推速度與彎管線速度之差值，以摩擦力的方式實現側助推彎，彎管設備的油壓出廠是設定后一般不能隨意改變的，側推量的調整就是側推力的調整。一般來說，隨著滑槽側推量的增加，彎頭的橢圓度和減薄量指標可以改善。

對于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，先預彎曲成180°且R=1.5D 的彎管半徑的彎頭，對整個預彎彎頭加熱,然后利用整形模進行整形，這種方法制造的小R 彎頭易出現壓痕嚴重、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，周期長費用高?，F采用預熱彎管的方法，效果較好。即先作熱加工預處理，然后再彎制，不管是用線圈感應加熱還是氣焊加熱，加熱區域如圖7所示，具體過程為：在預先已切割好的定長直管狀態，將需要彎曲的部分在直管位置先定位，即圖示πR 的彎曲區域進行加熱，之后立即移動至彎管機進行彎制，簡便實用，減薄量、橢圓度等均能達到指標，但要控制加熱溫度和加熱均勻度，操作時注意穿戴好防燙傷防護用具。

圖7 加熱區域示意圖

4 結 論

終上所述，對于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要求為目的，根據現場的具體情況，結合上述所述的幾個方面的方法綜合應用，是能夠滿足大量H 型鰭片式省煤器的小R 彎頭生產。

［1］ 宋貴良.鍋爐計算手冊［M］.沈陽：遼寧科學技術出版社，1995.