推制工藝對推制彎頭幾何形狀的影響_滄州五森管道有限公司
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推制工藝對推制彎頭幾何形狀的影響
本文研究了彎頭推制工藝對彎頭幾何形狀的影響。通過對坯料、芯棒、溫度和推進速度對彎頭曲率半徑、截面不圓度和壁厚影響的研究，得出結(jié)論： D/ Dp ( 彎頭截面直徑/ 坯料外徑) = 1. 33 ～1.40 ；b/ a ( 芯棒橢圓截面長軸/ 芯棒橢圓截面短軸) = 1.06 ～1.10 ； WB36 材質(zhì)加熱溫度最高點= 880 ～900 ℃，A335 P22 材質(zhì)加熱溫度最高點= 900 ～920 ℃ ； 推進速度≤1000 δ/2 D ( δ— 彎頭壁厚，D —彎頭截面直徑) 。
1. 概述
推制彎頭幾何形狀的主參數(shù)有曲率半徑R、與曲率半徑圓垂直的截面不圓度( 實際截面直徑Ds - 標準截面直徑Db) 及壁厚δ( 見圖1) 。影響推制彎頭幾何形狀的工藝參數(shù)有： 推制用坯料的材質(zhì)、壁厚和外徑、芯棒頭的材質(zhì)及形狀、加熱溫度及其分布以及推進速度。下面分別討論各工藝參數(shù)對推制彎頭幾何形狀的影響。
2. 主要研究內(nèi)容及結(jié)果
( 1) 推制彎頭用坯料的材質(zhì)、壁厚和外徑對推制彎頭幾何形狀的影響火力發(fā)電行業(yè)常用推制彎頭的材質(zhì)有WB36 和A335P22 等。WB36 的高溫強度小于A335P22 的高溫強度，WB36 的高溫塑性小于A335P22的高溫塑性，WB36 的導熱系數(shù)小于A335P22 的導熱系數(shù)。故在坯料外徑、壁厚及芯棒頭形狀尺寸相同的情況下，WB36 與模具的貼合性能小于A335P22 。推制彎頭需要正火+ 回火熱處理、機加工端口，壁厚需留有燒損及機加工余量。一般余量為彎頭理論壁厚的10 % ～20 %。彎頭壁厚δ與截面直徑D 比值越小，與模具的貼合性能越好，但彎頭內(nèi)弧越容易失穩(wěn)起皺。根據(jù)金屬在塑性變形時體積不變、推制成形時壁厚不變( 實際微減薄) 、彎頭外弧長度與管坯長度相等的特點，推導出推制管坯外徑公式：
式中 Dp ———管坯外徑； R———彎頭曲率半徑；
δ———彎頭壁厚；
D———彎頭截面直徑。
如果實際選用的管坯外徑比按公式計算得到的Dp值小，與模具貼合性能好，但彎頭內(nèi)弧容易失穩(wěn)起皺。如果實際選用的管坯外徑比按公式計算得到的Dp 值大，結(jié)果則正好相反。根據(jù)上述原則，對本次試驗用推制彎頭采用的推制管坯見表1 ( A 為彎管左段部分) 。
( 2) 芯棒頭的材質(zhì)及形狀對推制彎頭幾何形狀的影響 芯棒頭材質(zhì)及形狀是一個重要的工藝參數(shù)，由設計及制造直接控制。
芯棒頭材質(zhì)一般有ZG1Cr18Ni9Ti 、ZG3Cr20Ni14 、ZG1Cr25Ni20Si2 、ZG0Cr20Ni25 等，高溫強度及耐磨性逐漸升高，價格也是相應升高。如果是小批量生產(chǎn)，可以選擇ZG1Cr18Ni9Ti 、ZG3Cr20Ni14 ； 如果是大批量生產(chǎn)，應選擇ZG3Cr25Ni20 Si2 、ZG0Cr20Ni25 ，但ZG0Cr20Ni25 價格太高，故這次試驗芯棒頭材質(zhì)選用了ZG1Cr25Ni20 Si2 。芯棒頭按曲率半徑分為單曲率、雙曲率和多曲率三種。單曲率、雙曲率、多曲率芯棒，推力逐漸減小，制作成本逐漸升高。本次試驗選雙曲率芯棒。按截面形狀分為圓截面和橢圓截面兩種，圓截面制作簡單，成本低，但推制彎頭的橢圓度及減薄率過大；橢圓截面制作復雜，成本高，但推制彎頭的橢圓度及減薄率小。本次試驗選橢圓截面芯棒。按是否有整形段分為有整形段芯棒頭和無整形段芯棒頭兩種。有整形段芯棒制作復雜，成本高，使用時間長； 無整形段芯棒制作簡單，成本低，但前端磨損快。本次試驗選有整形段芯棒。
按芯棒頭角度分為60°和90°兩種，90°芯棒多用于火焰加熱。本次試驗選60°芯棒。故本次試驗選用雙曲率、橢圓截面、有整形段、60°的芯棒，芯棒形狀如圖2 所示，尺寸見表2 。
( 3) 溫度及其分布對推制彎頭幾何形狀的影響 加熱溫度是一個重要的工藝參數(shù)，由中頻電源功率調(diào)節(jié)直接控制。
對于碳鋼和合金鋼，加熱溫度的確定原則是材質(zhì)奧氏體化溫度以上，且推制時彎頭內(nèi)壁主壓應力小于材料在此溫度下的屈服極限。
材質(zhì)奧氏體化溫度越高，加熱溫度越高; 材質(zhì)高溫屈服極限越高，加熱溫度越高。中頻感應加熱，WB36 鋼的最高溫度為850 ～900 ℃，A335P22 鋼為900 ～950 ℃，A335P91 材質(zhì)的加熱溫度最高點為900 ～1000 ℃。測溫方式為固定式遠紅外測溫儀和手動式遠紅外測溫儀相結(jié)合。
溫度分布是一個重要的工藝參數(shù)，由感應圈形狀及感應圈與芯棒頭相對位置直接控制。感應圈形狀是主要因素，感應圈與芯棒頭相對位置是次要因素。溫度沿芯棒頭軸向分布規(guī)律為低、中、高、中，溫度沿芯棒頭徑向分布規(guī)律為低、中、高。加熱溫度高，推制彎頭壁厚增大。推制D508mm×36mm、R = 762mm、A = 50mmWB36 鋼的試驗溫度如表3 、表4 所示。
( 4) 推進速度對推制彎頭幾何形狀的影響 推進速度作為一個重要的工藝參數(shù)，由液壓系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)直接控制。
推進速度的確定原則是彎頭內(nèi)壁主壓應力小于材料在此溫度下的屈服極限，彎頭外壁伸長率小于材料在此溫度下的最大伸長率。材質(zhì)透熱系數(shù)、磁導率及中頻功率大，推進速度快。推進速度快，生產(chǎn)率提高，但推制彎頭的壁厚減薄率增大。
( 5) 推制彎頭的檢測結(jié)果及分析 對推制彎頭用測厚儀檢測了外弧、側(cè)弧和內(nèi)弧壁厚，用平臺劃線方式檢測了曲率半徑、端口截面直徑和長度加工余量。D508mm×36mm、R = 762mm、A = 50mm WB36彎頭的檢測結(jié)果如表7 、表8 所示。
從表7 、表8 的對比中: 推制速度每分鐘加快15mm，曲率半徑加大50mm，即推制速度加快，曲率半徑加大。推制速度每分鐘加快15mm，加熱溫度降低后，壁厚減薄3mm，即加熱溫度降低，壓縮量減少，推制速度加快，壓縮量減少； 先脫離芯棒的端口截面不圓度加大5mm，即溫度降低，與模具貼合性能降低。D1045mm × 46mm、R = 1524mm、A = 50mmA335P22 彎頭檢測結(jié)果如表9 、表10 所示。
從表9 、表10 的對比中: 推制速度加快9mm/ min，曲率半徑加大84mm，即推制速度加快，曲率半徑加大。推制速度加快，加熱溫度升高，壁厚減薄5mm，即加熱溫度升高，壓縮量增大，推制速度加快，壓縮量減少。先脫離芯棒的端口，截面不圓度減少20mm，即推制速度降低，溫度升高，與模具貼合性能增強。
3. 結(jié)語
( 1) 由于截面不圓度大，在選料時可適當減小坯料的直徑，D/ Dp= 1. 33 ～1. 40 。
( 2) 由于截面不圓度大及內(nèi)外弧加工余量不均勻，在芯棒頭設計時可把擴徑變形段45°改為50°，整形段20°改為15°，并把擴徑變形段45°內(nèi)的b/ a 值加大，即b/ a =1. 06 ～1. 10 。
(3) 為保證合適的曲率半徑R 值，推進速度≤1000 δ/2 D，上述規(guī)格的WB36 彎頭的推制速度35 ～38mm/ min； A335P22 彎頭的推制速度20 ～22mm/ min，芯棒頭整形段曲率半徑Rx =1. 06 ～1. 07 R。
( 4) 為保證壁厚及順利成形，WB36 材質(zhì)加熱溫度最高點880 ～900 ℃，A335P22 材質(zhì)加熱溫度最高點900～920 ℃。
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