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异径弯头管件冷推制成形方法和特点

作者:admin 来源: 日期:2016-4-9 6:14:03 人气:136

1前言

    随着船舶和石化、燃气行业的发展,这些行业的管道系统中用于输送液体和气体的钢制管弯头需求逐渐增多。提高弯头的成形制造水平及生产率是管件生产企业加快管件技术改造步伐的主要内容,采用何种方式制造弯头能够多快好省?存在着其方法的可行性、经济性、效率等方面的选择。

    异径弯头是一种将异径接头和弯头合二为一在管道中既拐弯又变径的特型管配件。它的应用可减少用一个异径接头或弯头的使用.利用弯头成形专用液压机制造异径弯头的工艺在逐步成熟。

2钢制弯头成形的常用方法和变形特点

    目前国内钢制管弯头成形制造常用的加工方法有:铸造法、冲压压型法、焊接法、冷热推制法。

    冲压压型法一一在液压机上将加热过的管坯用模具进行弯曲加工的方法;这种方法是最早用于管弯头弯曲加工的工艺方法.它在弯头生产中已获得了广泛应用。但这种方法生产的弯头壁厚不均,外观质最差,加工大型弯头时,模具的制造成本较高。

    焊接法一一用模具压制出两块管弯头半壳体,然后焊接成弯头的方法;这种方法的后续工序多,而且大型薄壁类弯头的焊接制造工艺性较差。

    热推制法-利用中频感应快速加热管件,提高其塑性,采用二步液压推进,牛角芯棒扩径弯曲,将较小直径的管坯推制成较大直径弯头的成形工艺;这种热推工艺的生产率高、产品规格多、生产过程连续性强、易于机械化生产,是现有各种弯管工艺中较为经济有效的一种,已经成为了目前生产弯头的主要方法。但热推碳钢弯头时,弯头成形温度一般控制在750-950℃之间,对牛角芯棒的红硬性有较高的要求。

    冷推制法—常温下采用专用液压机将管坯压人弯曲空腔的模具中.推压形成管弯头的方法;按成形时有无模芯,又可分为有芯和无芯弯头生产法。

    钢管的弯曲加工,在不使用芯棒的情况下,其横断面或大或小都会发生椭圆变形,管材变形区的外侧材料受到切向拉伸而伸长,内侧材料受到切向压缩而缩短,外侧壁的减薄、破裂,内侧壁的增厚、起皱和横截面畸变,以及卸载后的回弹及其控制,是管材弯曲成形较难有效解决的技术难题。管坯弯曲壁厚的变化情况不仅与管材的直径和壁厚有关,还与相对弯曲半径【相对弯曲半径RX= R/D (R为弯曲半径,D为管子外径)】有关,相对弯曲半径RX越小.变形越大,在极限情况下,弯料弯曲过程将被破坏,产生形状缺陷,尤其是在对薄壁管材进行弯曲时,设计应尽可能避免使用较小的弯曲半径。

3弯头管件冷成形专用液压机的原理

    液压机的上横梁9、下横梁I、液压油箱5由四根立柱8焊接联接成主机机架整体;推制油缸2以锁紧螺母3紧固在下横梁I的安装孔中,推制工作台24直接与推制油缸2的活塞相联,推制工作台24用固定在床身上的推制导向块23进行横向运动导向.在下横梁1沿推制方向焊接了推制限位架15;锁模油缸11用锁紧螺母10纵向固紧在上横梁9的安装孔中,锁模缸滑块13与锁模油缸11的活塞相联,锁模滑块13用安装在滑块上的工作导向块14沿立柱进行纵向运动导向;主工作台20固定在下横梁1的床身上;整机用地脚支架联接焊接在地脚支承板22上,再用地脚螺栓21平放在地基基础上。

    液压机的翻芯脱料辅助装置部分包括翻芯油缸机构16和脱料油缸机构17。翻芯油缸机构主要由翻芯齿轮旋转机构、翻芯油缸、辅助油缸等构成,它的作用是在弯头推制结束后,翻起安装其上的模芯和套在模芯上已推制好的弯头管件。脱料油缸机构包括脱料油缸、脱料滑块机构等.它的作用是退去翻芯机构中己翻起模芯上的己成形的弯头工件。

    弯头液压机液压系统主要由轴向柱塞泵、齿轮泵、二位插装阀系统和锁模缸、推制缸、翻芯油缸、翻芯辅助油缸、脱料油缸五个油缸等构成。

    芯棒液压机的液压系统的工作关键是锁模缸要保持闭合压力,上下锁紧模具,与此同时推制缸要以水平推力推压工件,推制开始至结束这段时间都是锁模缸的锁模阶段,要保证推制不能冲开模具;完成推制工作后,锁模缸打开模具,翻芯油缸机构成90°翻起摸芯和工件,脱料油缸机构从模芯上脱去工件。

4弯头专用液压机冷推制碳钢、不锈钢弯头的成形工艺

    用弯头成形专用液压机推制等径碳钢、不锈钢弯头的模具装配示意图见图2,

    下模1安装在弯头芯棒液压机的固定工作台上,上模6用压块固定在锁模油缸活塞杆工作滑块上,推制杆5固定在推制油缸活塞杆工作滑块上,模芯2与翻芯机构相联,上、下模用导柱4导向。推制时,锁模缸以最大的锁模力上、下压紧上模6、下模1,推制缸以水平推力以推制杆S推制弯头,也使工件套紧在模芯2上。推制结束后,锁模缸滑块回程打开模具,翻芯机构呈90°以模芯2翻起已推制完好的工件3,液压机的脱料机构从翻芯机构上退下已套在模芯上的工件3,完成弯头推制的完整工作过程。这种模具设计成模芯2从管坯内部支承管壁,对防止管坯截面畸变有一定的效果。

5三种钢制弯头成形方法的比较

    专用液压机冷推制、中频加热推制、液压机冲压压型法生产弯头的生产工艺比较见表1。

    (1)用弯头专用液压机冷推制生产碳钢、不锈钢弯头的流程为:多件管坯锯切下料(下料管坯形状为梯形)、冷推制批量生产、车切加工弯头坡口。这种推制生产方法工序过程简单,生产效率高,成本低,产品精度高,打磨工作量小,工人劳动强度不大,开料损耗少,弯头的加工余量也小,产品质量好,但开料形状复杂。

    (2)中频加热推制生产碳钢弯头的流程为:管坯锯切下料、多件安装、中频加热连续推制生产、推制半成品油压机整型、车切加工弯头坡口。这种方法生产效率高,打磨工作量也不大,工人劳动强度一般,开料损耗少,弯头的加工余量也小,生产成本也较低,产品质量一般,开料形状简单,但要加热和校正。

    (3)采用液压机压型生产弯头的流程为:多件管坯锯切下料(下料管坯形状为梯形)、人油料炉加热、两次油压机压型、整形、两次火工校圆、人工打磨、车切加工端口。这种弯头生产工艺方法繁杂,生产效率不高。打磨工作盆大,开料损耗大.生产成本也高。

6弯头专用液压机冷推制异径弯头(88.9/73 x 7.5)的成形工艺

    异径弯头是曲面过渡连接两端半径不同的管道弯头,其中心线是标准圆弧,弯头大端面DI中心线至小端面D2的距离A相等,大小两端近似圆弧。

    (1)缩口次数的确定

    异径弯头的冷推制成形过程中,毛坯从一段直钢管成型为一条异径弯管,既有弯曲又有缩口,变形比较复杂.工艺影响因素除管坯的机械性能、变形伸长率、相对弯曲半径R/D和相对壁厚t/D外,还有缩口系数(缩口系数K是指缩口后与缩口前管子外径的比值,K=D2/D1  D2一缩口后管子外径;D1一缩口前管子外径)。异径弯头的缩口次数的多少由缩口系数来决定,为保证相对缩口质量,单次缩口的缩口系数越大越好,管坯不起皱失稳的最小缩口系数与管坯的厚度成反比,厚度愈小.最小缩口系数要相应增大,小于最小缩口系数的缩口要采用二次或多次缩口,通常单次缩口的缩口系数为0.8时比较适当。88.9/73 x 7.5异径弯头的缩口系数K为0.82,采用一次缩口成形的方式。

    (2)异径弯头( 88.9/73 x 7.5)的推制坯料的准备

    异径弯头沿弯曲空道缩径弯曲变形而成,不可避免的产生一些断面形状的畸变,坯料的强度越高.硬度越大,需要的变形力将越大,采取管坯完全退火措施,提高塑性.减小变形缺陷的产生。20#钢中88.9/73 x 7.5异径弯头推制坯料的下料采用锯床开料方式,坯料的单件开料和两件开料工艺尺寸形状图见图。

    (3)模具的表面粗糙度、热处理硬度、推制润滑、推制速度的选择

    弯头管坯和模具型腔表面.即便是经过精细加工,从微观看,也是由无数参差不平的凸牙与凹坑所构成。负荷增加时,这种凸牙和凹坑之间的摩擦将加剧,使变形力增加。因此,模具型腔要有较高的表面光洁度和热处理硬度,并添加润滑剂减少推制管坯与模具之间的摩擦力。88.9/73 x 7.5碳钢和88.9/73x4不锈钢异径弯头推制时,推制模具型腔的加工采取数铣加工并抛光的方式,使模具的热处理硬度大于HRC60、表面粗糙度达到精加工光洁度;碳钢管坯的冷推制润滑剂采用石墨粉;不锈钢管坯的冷推制润滑选用润滑脂。异径弯头的推制速度对工件成形质量有较大的影响,20#钢 88.9/73 x 7.5推制时,液压机设计选择的空载推制速度为:19 mm/s,实际推制的平均速度低于5mm/s。

   (4)异径弯头推制和模具装配工艺

   图5为异径弯头模具装配示意。

   下模1安装在弯头液压机的固定工作台上,上模4用压块固定在锁模油缸活塞杆工作滑块上,推制杆3固定在推制油缸活塞杆工作滑块上.上、下模用导柱5导向。推制时,锁模缸以最大的锁模力上、下压紧上模4、下模1,推制缸以推制杆3水平推制弯头,用推制杆的凸肩定位,推制到位后,锁模缸滑块回程打开模具,完成弯头推制的完整工作过程,推出的工件端口缺陷在弯头的预留切除余量范围内。

    推制制造的20#碳钢 88.9/73 x 7.5和88.9/73x4不锈钢异径弯头的产品形状图见图6。

7结论

    中小型碳钢、不锈钢弯头的制造采用弯头成形专用液压机进行有芯冷推制生产比较适宜,成形的弯头管壁壁厚均匀、质量好、生产效率也较高;异径弯头管件也可采用弯头成形液压机进行无芯制作。