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300MW电站锅炉烟风道膨胀节压制研究
发布时间：2013-09-14 08:39 来源：未知
0、引言
钢板压制成型工艺在电站锅炉非受压元件制造中应用较为广泛。对于一些变形量大，成形复杂的零件，由于在压制过程中，材料进入模具时以及在成形过程中都会产生变形和反弹，进而影响零件的最终成形结果。因此应根据不同的材料和变形，采取不同的反变形工艺。
1、膨胀节结构分析
在300MW电站锅炉机组中，预热器烟风道出口膨胀节（如图1所示），其材质为SPCC- SD和Conton，由直段8 000mm和直段4 000mm加4只弯头组成的长方形工件。本文只讨论直段部分的压制。此零件结构尺寸较大，一般压机在压制产品时控制在4 000mm以下，这样可节约模具费。工件分段压制后，再作拼接达到设计要求尺寸。由于膨胀节压制波纹较深，波纹成形拉伸较大，脱模后反弹变形较大，因此如何控制反弹变形，采取适当压制方法是保证产品质量和降低制造成本的关键，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
2、工艺方案分析
预热器出口烟风道膨胀节由于工件比较长，外形复杂，整体成形困难�？悸堑侥＞咧圃斐杀竞脱够怪瞥ざ惹榭�，膨胀节需要分成数段压制，然后拼接。4只90°弯头带2头直段另外设计制造或从国外进口。直段模具长度控制在3 000mm左右，原则是4 000mm外用一段直段与弯头拼接；8 000mm处用2段拼接后再与弯头拼接。本文主要讨论的是直段部分的压制。从工件外形看，工件弯曲变形比较大，它由2部分弯曲变形组成，即：由216 mm处的V形弯曲和H处的2个直角弯曲。在工艺制造上，工件全部一次成形也可以，但V形部分拉伸量较大。拉伸量大有2个不利地方：(1)由于工件板材厚2. 6mm，弯曲深度又大(216mm)，因此工件局部有可能拉损，壁厚减薄超差或撕破；(2)拉伸量变大，V形部冷作硬化加大，材质脆性增加。作为起脆胀作用的工件，V形口频繁扩大、收缩，V形底部易断裂，影响工件使用寿命。综上所述，工件不宜采用一步成形制造工艺。
较理想的制造工艺是在一部压机上先成形V形部分，然后再成形2个直角弯曲。这就需要一部压机有2套上下分开运动的机构。上海锅炉厂有限公司的一部压机有主缸和副缸可分开上下运动互不干扰，正好满足该工件制造工艺的需要。主缸在完成V形部分成形后，副缸然后完成2段直角部分成形。因此1次压制2步成形从工艺上和制造设备上都是可行的。
3、工装模具结构方案
3.1工件弯曲时的变形分析
工件入模时受到上模3点和下模2点的作用，工件产生内弯曲，如图2所示。最终脱模时工件V形部分必然产生内抛弧形，外形十分难看。另外，与弯头拼接时很难对齐拼接，如强制拼接，必然在拼缝焊接处增加内应力，最终影响工件使用寿命。因此，内抛弧形变形在压制中必须采取措施克服它。
3.2压制克服变形和反变形克服变形
3.2.1压制克服变形
在理论上讲，下模也做成V形。工件在上、下模压制中坐刹，使工件V形部两边和底部圆弧处受压，克服板材在入模时的内抛弧形，但是模具的制造成本，难度就大大提高。其原因是，上、下模V形部分的尺寸、直线度、角度必须没有误差；装模时上、下模对中必须没有误差，一旦产生误差上、下模整体就坐不刹，上、下模坐不刹对V形两边就不能产生均匀的压力，这样就没有了克服内抛弧形的压力，达不到预期效果。如果上、下模对中不好，有丝毫的偏差，只能使V形部分两端受力，中间无压力可受，也达不到预期效果。再说，3 000mm多长的模具加工、装模要达到如此高的精度在经济上、人力上是划不来的。另外，对工件的板材厚度也有极高的要求，如果板材在V部分3 000mm多长的任何部位存在厚度不均匀，就会使上、下模坐不刹，这是由V形这个特殊形状决定的。
3.2.2反变形克服变形
将上模做成图3形状，下模如图2，即沿R9垂直下去。下�？滴�(H+2.6×2)。
在下�？档闹行拇ψ鲆豢镽ll. 33的与上模相配的底�？�。这样，在主缸带动上模达到底模过程中尽管工件有内抛弧形变形，但当副缸工作时，在2段直角成形过程中，由于上模与底模已坐刹，副缸向下使板材V形处有一定的拉伸力。这一拉伸力一方面使板材V形处重新成型，克服部分内抛变形；另一方面使板材紧贴上模，由于上模做成反变形的外弧形，这样就使工件V形部分形成反变形的趋势，工件脱模时就可达到工件设计的要求。在试生产时，压制的膨胀节直段与进口膨胀节弯头拼接十分顺利，考核一次成功。
膨胀节直段部分压制成功，说明工艺上采取反变形措施是可行的。这里补充说明一下，反变形措施关键是上模的设计，上模最高点2. 6mm根据不同材质有所不同。在设计上模之前做了一些必要的试验，然后才确定最高点。外弧形R(2071.5mm)的确定致关重要。设最高点的量为S(本文为2. 6mm)则：
AB的尺寸根据已知条件可求得，这里就不多述了。
另外，预热器烟风道膨胀节除本文例举的单波形式外，还有双波的。其压制方法与单波一样，只是在设计时习惯上将上、下模倒置即可，反变形措施与单波一致。
4、结论
试验结果表明：采用反变形措施，克服工件在压制过程中的变形，尽管工件大、形状复杂，只要工艺措施适当，分步压制、分析变形原理、利用压制中模具对工件产生的拉伸力来改变工件的变形，最终可满足工件的设计、质量要求，降低模具制造成本。
