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鈦盤管換熱器制作時模具尺寸的確定

點擊:1623 日期:[ 2014-04-26 21:35:47 ]
                      鈦盤管換熱器制作時模具尺寸的確定                                劉永忠                (陜西寶鈦新金屬有限責任公司,陜西寶雞 721000)     摘 要:討論了鈦盤管加熱器在制作時,如何確定彎曲模具的尺寸。展開中徑不大于3 m、管徑在60mm以內、管壁2. 5 mm以內,鈦盤管加熱器(TA2)冷加工成型時,彎曲中徑Y與展開中徑X成正比關系Y=KX,K≈0. 83~0. 93。     關鍵詞:盤管;鈦;換熱器;模具     中圖分類號:TQ051. 5  文獻標識碼:B  文章編號: 1001-4837(2008)12-0053-03     1 前言     由于鈦及其合金具有優異的耐腐蝕性能,被廣泛運用于石油化工、冶金、氯堿、制鹽、電鍍等行業之中。因為鈦材價格比較昂貴,但使用壽命長,維修方便、費用低,性能穩定,有利于環境保護,從而獲得了很高的經濟效益和社會效益。     我國每年生產的鈦材約70% ~80%用于民品,民品的60% ~70%用于石油化工、冶金、氯堿、制鹽、電鍍等行業之中,其中40% ~50%是管材。管材主要用于換熱器的制作,即:列管換熱器和盤管換熱器,盤管換熱器采用螺旋式換熱,換熱效率高,加工成本低,適用范圍廣,所以鈦盤管換熱器前景十分看好。     鈦盤管換熱器的制作工藝比較簡單,但模具尺寸確定非常繁瑣。每加工一個規格的盤管,反復試制許多次才能確定要求盤管直徑的模具尺寸,既浪費材料、又消耗時間。如果能很快確定要求盤管直徑的模具尺寸,則事半而功倍,所以通過試驗,找出規律,得出經驗公式,為以后制造鈦盤管換熱器提供幫助。     2 試驗條件     2. 1 材料     采用寶雞鈦業股份有限公司生產的鈦管(TA2),鈦管符合標準GB/T 3625—1995。     2. 2 試驗設備     盤管機(轉速: 6 r/min功率: 7 kW)、模具自制如圖1所示。                      2. 3 工藝路線     鈦管復檢、焊接直管、焊縫著色、繞制、捆綁、焊接、檢查、入庫。     2. 4 方法     將鈦管接長,長度約為3倍展開周長,一頭固定模具上,用定輪支撐,開動盤管機,繞制。     3 試驗結果及討論     3. 1 成型原理分析     鈦管彎曲時應力如圖2所示。                    彎曲時,截面上一點的正應力與此點到中性軸成正比。A點受最大壓應力(-),B點受最大拉應力(+)。鈦管卸載后,產生應力變形。     鈦管彎曲成型是鈦材塑性和彈性相結合的加工工藝,鈦管在彎曲過程中,彎曲部分內側受壓,外側受拉,一部分產生彈性變形,另一部分產生塑性變形。當被彎的鈦管卸載后,彈性變形部分力圖使鈦管恢復原狀而回彈,彈性回彈使鈦管彎曲角度、半徑發生變化,變化的差值為回彈量。     3. 2 試驗數據結果     (1)鈦管Φ50×2. 5(冷加工),試驗數據見表1,圖3, 4。                    (2)鈦管Φ60×2. 5(冷加工),試驗數據見表2,圖5, 6。                                 (3)鈦管Φ38×2(冷加工),試驗數據見表3。                   (4)鈦管Φ25×2(熱加工),試驗數據見表4,圖7。                   (5)鈦管Φ60×2. 5(1, 3充沙子、冷加工; 2, 4不充沙子、冷加工),試驗數據見表5。                  從表1~5中分別可以看出:     (1)彎曲中徑Y與展開中徑X的關系,即: Y=KX,K≈0.83~0.93。     (2)彎曲中徑Y愈大,回彈量愈大。     (3)加工溫度愈高,回彈量愈小。     (4)當展開中徑較小時,鈦管必須充沙彎曲,否則彎管容易產生壓扁、褶皺等缺陷。     (5)充沙子彎曲,對回彈量影響不大。     回彈量對加工精度影響很大,所以模具尺寸確定要足夠重視,否則費時、費力、費材料。影響回彈量的主要因素有:     (1)鈦管力學性能:彈性模量E愈低,屈服強度σ愈高,回彈量愈大。在鈦管變形過程中,鈦彈性模量小,彈性變形量(σ彈=σ/E)大;屈服強度高,達到屈服點所產生的塑性變形量小。     (2)鈦管的冷作硬化:硬化程度愈高,回彈量愈大。     (3)彈性變形程度:彎曲半徑愈小,回彈量愈小。     (4)加工溫度:回彈量隨溫度的升高,而降低,因為溫度升高,鈦材的強度急劇下降。     3. 3 驗證     我公司為某化工廠生產直徑X=1600, 1800,2000盤管加熱器(TA2、鈦管Φ57×2. 5),當時取:K=0. 84算出彎曲中徑為Y=KX=1344, 1512, 1680,模具外徑為(Y-57)=1287, 1455, 1623,通過冷加工成形,實測尺寸分別為: 1590, 1795, 2000,通過捆綁校形一次成型。     4 結論     從以上試驗數據及實際驗證中(共20組數據)中可以得出(見圖8):鈦盤管加熱器(TA2)冷加工成型時,彎曲中徑Y與展開中徑X成正比關系,即:Y=KX,K≈0. 83~0. 93。因鈦管材質、壁厚、退火程度、展開中徑大于3 m、熱加工等對回彈量的影響,還有待于探討。目前,我公司生產直徑3 m以下盤管加熱器(TA2),可一次確定模具尺寸,既提高了生產效率,又降低了生產成本。               
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