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大口径弯头生产工艺

亚洲流体网 发布时间:2017/7/26 16:20:27 浏览次数:1588 来源: 我要投稿
【导读】 大口径不锈钢弯头属于薄壁类零件,对于薄壁类零件的加工,工艺难度较大。通常的加工工艺是用模具压制出多块壳体,然后焊接完成。很多工序需要不同的夹具或模具,制造成本高且周期长
相关标签: 大口径弯头

大口径不锈钢弯头属于薄壁类零件,对于薄壁类零件的加工,工艺难度较大。通常的加工工艺是用模具压制出多块壳体,然后焊接完成。很多工序需要不同的夹具或模具,制造成本高且周期长,大型薄壁类零件工艺性极差。液压胀型技术的发展,为大型薄壁类零件的成型加工提供了新的途径。

无模液压胀型技术是一种新型液压成形技术,具有成本低、加工周期短、成形好等显著特点。其基本工艺过程是:先由平板或经过滚弯的单曲率壳板,焊接成封闭的近似理想形态的多面壳体。然后在封闭的多面壳体内加压,在内部压力的作用下,壳体产生塑性变形而逐渐趋于理想形态。

该技术自发明以来,先后被应用于供水、造纸、造型装饰和液化气等行业,采用该技术已经制造了很多球形容器和装饰品,其中最大直径达9400mm,最大壁厚24mm。随着该制造技术的不断发展和完善,在此基础上提出了环壳无模液压成型弯头的工艺技术。该技术适用于结构简单的碳钢、铝合金、不锈钢等塑性金属材料工件,本文借鉴此技术,以舰用燃汽轮机排气装置为例,对大口径不锈钢弯头的制造工艺做一分析研究。

1大口径不锈钢弯头的工艺分析

1.1大口径不锈钢弯头

如图1所示的大口径不锈钢弯头,其材料为1Cr18Ni9Ti壁厚为2mm, 90度弯头,直径为1000 mm,弯头中心线曲率半径为R 1000mm,

不锈钢1Cr18Ni9Ti材料强度、硬度较低,塑性、韧性和耐腐蚀性较好,1Cr18Ni9Ti机械性能如下:

抗拉强度:不小于540MPa;屈服极限:不小于196MPa;延伸率:不小于42%。

1.2大口径不锈钢弯头的技术特点及基本工艺过程分析

大口径弯头的结构特点是弯头直径大(800mm以力、壁薄刚性差,不锈钢大口径弯头要求外貌光滑美观。采用中小型弯头的制造方法很难加工出这样的大口径弯头。中小型弯头常用的加工方法:铸造方法;分体压制成型后,焊接在一起的加工方法;分体切削加工后,焊接在一起的方法等。对于大口径不锈钢弯头采用上述方法很难甚至不能加工制造出来。采用铸造方法,制芯非常困难;采用切削加工很难找到这样大型的车铣设备,受设备及加工工艺限制;采用压制法很难制造出这样的大型模具,且成本非常高制造周期长。

采用无模液压胀型技术不但能解决了这一制造工艺难题,而且成本低,制造周期短,成形效果好。无模胀形技术制造大口径不锈钢弯头的基本工艺过程是:

下料→滚弯→焊接成封闭的环壳→环壳内部加压成形→分段。

1.3环壳成形压力分析

如图2和图3所示,环壳的圆环中心线半径为R,环壳截面直径为2r,环壳的壁厚为t,内压为P, A截面为危险截面。取A点分析可知,环方向所受到的应力大于轴方向所受到的应力,环壳的成形压力P应介于初始屈服压力Ps和开裂应力Pmax之间。

2大口径不锈钢弯头制造实验过程

2.1下料

可根据弯头的壁厚选用板材,板厚t=2mm。根据弯头的技术要求,按允许有几条焊缝来下料,一般90°弯头可允许3-4条焊缝,故弯头可分3-4段下料,为保证焊缝处圆滑,各段边缘解缝如按平面展开曲线进行下料。如图4所示。

2.2滚弯

下料后进行滚弯,滚弯曲率半径按弯头的1/2直径,每段采用单曲率滚弯。单曲率r=500mm。滚弯时,应以直边为基准,以免滚斜。如图5所示。

2.3焊接组成封闭的环壳

将滚弯的壳板逐段焊接组成封闭的环壳,在封闭的环壳上焊上注水口和排水口,注水口用于在封闭的环壳内注满液体介质,并通过一个加压系统轼压和向封闭的壳体内施加内压,排水口用于卸压调压。在内压的作用下,壳体产生塑性变形而逐渐趋于理想形态。图6为焊接后组成的封闭环壳。

2.4环壳胀形过程

胀形时,按一定的加压曲线对环壳施加内压载荷,每加一定压力后保压一段时间,之后测试径向位移数据。实验中的径向位移是通过测量各点和参考点的相对位移获得的。当压力达到0.705MPa后停止打压,保压一段时问后环壳的形状及尺寸接近理想状态。

2.5切段

环壳加压成型后,进行焊缝打磨保证弯头曲面光滑,再根据弯头所需的弯度分段切割。如30°、60°、75°、90°等,分段后各段与相应的法兰盘连接在一起,就制造出不同弯度的大口径不锈钢弯头。

2.6环壳胀形实验结果测试分析

对干本实验环壳,根据上面的公式已计算出环壳的初始屈服压力O.523MPa,环壳的开裂压力1.44MPa,实验中的成形压力为0.705MPa,比初始屈服压力高约35%。

胀形时,随着内压的不断增加,壳体向外的径向位移不断增加,环壳多面体不断趋近于圆环壳体。当内压达到0. 705M Pa时,圆环尺寸已接近理论值,环壳胀形后的尺寸是通过测量环壳外形尺寸获得的,分别沿成型后环壳外环直径和圆环轴向截面直径测量。测得环壳外环的最大直径和最小值径分别为3006mm和2997mm,测得截面最大直径和最小值径分别为1003mm和1000mm。从测量的数据中可以看出,多面环壳体经过液压胀形后,基本上接近圆环,尺寸符合设计要求。



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