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钛盘管换热器制作时模具尺寸的确定
刘永忠
(陕西宝钛新金属有限责任公司,陕西宝鸡 721000)
摘 要:讨论了钛盘管加热器在制作时,如何确定弯曲模具的尺寸。展开中径不大于3 m、管径在60mm以内、管壁2. 5 mm以内,钛盘管加热器(TA2)冷加工成型时,弯曲中径Y与展开中径X成正比关系Y=KX,K≈0. 83~0. 93。
关键词:盘管;钛;换热器;模具
中图分类号:TQ051. 5 文献标识码:B 文章编号: 1001-4837(2008)12-0053-03
1 前言
由于钛及其合金具有优异的耐腐蚀性能,被广泛运用于石油化工、冶金、氯碱、制盐、电镀等行业之中。因为钛材价格比较昂贵,但使用寿命长,维修方便、费用低,性能稳定,有利于环境保护,从而获得了很高的经济效益和社会效益。
我国每年生产的钛材约70% ~80%用于民品,民品的60% ~70%用于石油化工、冶金、氯碱、制盐、电镀等行业之中,其中40% ~50%是管材。管材主要用于换热器的制作,即:列管换热器和盘管换热器,盘管换热器采用螺旋式换热,换热效率高,加工成本低,适用范围广,所以钛盘管换热器前景十分看好。
钛盘管换热器的制作工艺比较简单,但模具尺寸确定非常繁琐。每加工一个规格的盘管,反复试制许多次才能确定要求盘管直径的模具尺寸,既浪费材料、又消耗时间。如果能很快确定要求盘管直径的模具尺寸,则事半而功倍,所以通过试验,找出规律,得出经验公式,为以后制造钛盘管换热器提供帮助。
2 试验条件
2. 1 材料
采用宝鸡钛业股份有限公司生产的钛管(TA2),钛管符合标准GB/T 3625—1995。
2. 2 试验设备
盘管机(转速: 6 r/min功率: 7 kW)、模具自制如图1所示。
2. 3 工艺路线
钛管复检、焊接直管、焊缝着色、绕制、捆绑、焊接、检查、入库。
2. 4 方法
将钛管接长,长度约为3倍展开周长,一头固定模具上,用定轮支撑,开动盘管机,绕制。
3 试验结果及讨论
3. 1 成型原理分析
钛管弯曲时应力如图2所示。
弯曲时,截面上一点的正应力与此点到中性轴成正比。A点受最大压应力(-),B点受最大拉应力(+)。钛管卸载后,产生应力变形。
钛管弯曲成型是钛材塑性和弹性相结合的加工工艺,钛管在弯曲过程中,弯曲部分内侧受压,外侧受拉,一部分产生弹性变形,另一部分产生塑性变形。当被弯的钛管卸载后,弹性变形部分力图使钛管恢复原状而回弹,弹性回弹使钛管弯曲角度、半径发生变化,变化的差值为回弹量。
3. 2 试验数据结果
(1)钛管Φ50×2. 5(冷加工),试验数据见表1,图3, 4。
(2)钛管Φ60×2. 5(冷加工),试验数据见表2,图5, 6。
(3)钛管Φ38×2(冷加工),试验数据见表3。
(4)钛管Φ25×2(热加工),试验数据见表4,图7。
(5)钛管Φ60×2. 5(1, 3充沙子、冷加工; 2, 4不充沙子、冷加工),试验数据见表5。
从表1~5中分别可以看出:
(1)弯曲中径Y与展开中径X的关系,即: Y=KX,K≈0.83~0.93。
(2)弯曲中径Y愈大,回弹量愈大。
(3)加工温度愈高,回弹量愈小。
(4)当展开中径较小时,钛管必须充沙弯曲,否则弯管容易产生压扁、褶皱等缺陷。
(5)充沙子弯曲,对回弹量影响不大。
回弹量对加工精度影响很大,所以模具尺寸确定要足够重视,否则费时、费力、费材料。影响回弹量的主要因素有:
(1)钛管力学性能:弹性模量E愈低,屈服强度σ愈高,回弹量愈大。在钛管变形过程中,钛弹性模量小,弹性变形量(σ弹=σ/E)大;屈服强度高,达到屈服点所产生的塑性变形量小。
(2)钛管的冷作硬化:硬化程度愈高,回弹量愈大。
(3)弹性变形程度:弯曲半径愈小,回弹量愈小。
(4)加工温度:回弹量随温度的升高,而降低,因为温度升高,钛材的强度急剧下降。
3. 3 验证
我公司为某化工厂生产直径X=1600, 1800,2000盘管加热器(TA2、钛管Φ57×2. 5),当时取:K=0. 84算出弯曲中径为Y=KX=1344, 1512, 1680,模具外径为(Y-57)=1287, 1455, 1623,通过冷加工成形,实测尺寸分别为: 1590, 1795, 2000,通过捆绑校形一次成型。
4 结论
从以上试验数据及实际验证中(共20组数据)中可以得出(见图8):钛盘管加热器(TA2)冷加工成型时,弯曲中径Y与展开中径X成正比关系,即:Y=KX,K≈0. 83~0. 93。因钛管材质、壁厚、退火程度、展开中径大于3 m、热加工等对回弹量的影响,还有待于探讨。目前,我公司生产直径3 m以下盘管加热器(TA2),可一次确定模具尺寸,既提高了生产效率,又降低了生产成本。
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