起伏成形技术在锅炉制造业中的应用

2014-11-24浙江特富锅炉有限公司海宁314422白鹤峰叶元华邓龙强盛大松叶毕彬

金属加工(热加工) 2014年3期

浙江特富锅炉有限公司（海宁 314422）白鹤峰叶元华邓龙强盛大松叶毕彬邓亮刘洋

1.起伏成形技术概念

起伏成形是指金属板材在力的作用下，使用模具使金属板材的表面积增大，形成局部的凸凹，从而实现提高零件刚度、减少使用材料厚度，实现定位、装饰等设计需求的一种材料成形工艺方法。

起伏成形是在金属板材上进行局部胀形的一种金属加工过程，一般常用于零件定位、局部艺术装饰、浮雕形压制，或增强金属板材刚度。据有关资料介绍，使用起伏成形的方法，在金属板材上压出合适起伏成形的凹坑、凸起或加强筋时，可使材料厚度减少1/2而不影响零件刚度。从而达到既提高产品美观程度，又减少材料消耗，降低生产成本的积极效果。

2.起伏成形技术在锅炉业中的具体应用

目前，国内在锅炉上使用起伏成形加工的零件，主要是锅炉的包装板。如一般我们使用的瓦楞板。上海工业锅炉厂等企业使用包装成形板，起到了较好的使用效果。在20世纪70～80年代锅炉行业，一些企业采用起伏成形技术制作了燃煤锅炉的前烟箱门盖板（见图1）和灰斗的上盖板（见图2），取得比较好的效果。制作的前烟箱门盖板，厚度减少1/3以上，成形美观，密封效果不错。随着国有企业改制，人员和设备变化，国内前烟箱门基本又回到平板设计的样式。灰斗上盖板也采用增加钢板厚度或采用角钢补强的方法制作。在这里，重新向各锅炉企业推荐起伏成形工艺，就是希望在锅炉行业推广这项工艺技术，以减少材料使用量，降低生产成本，提高产品质量和锅炉的美观程度。

根据我们初步估算，按我国目前锅炉产量按1万～1.2万台/a，6万～7万蒸吨计算。按每台锅炉节约钢材50kg计算，一年可节约钢材500～600t，价值约200万元。

国外锅炉产品的美观程度，远高于国内产品，一方面是他们注重工业产品美术设计、色彩搭配，另一方面是采用了起伏工艺制作的包装板与成形件，所以取得较好的视觉效果。

图1

图2

起伏成形具体尺寸，根据相关资料介绍和工作经验，在表1中给出了在我们锅炉制造行业可能用到的起伏基本形状、尺寸，供参考。起伏深度和宽度可参照表1并根据工件情况进行调整，以满足工件补强要求为原则。特别是起伏深度，如果过浅达不到补强要求；如果过深可能会造成材料撕裂。进行设计时可根据式（2）进行估算或试压后决定为宜。

如果起伏形状为封闭曲线，在相交处应采用圆角过渡，圆角尺寸选择数值时应偏大一点为宜。如果在工件两端终止，可按表2制作终止端。

表1 起伏基本形式和尺寸

起伏成形力，一般是按下式进行计算：

式中 F——成形力（N）；

L——加强筋周长（mm）；

t——材料厚度（mm）；

Rm——材料抗拉强度（MPa）；

K——系数，根据加强筋的宽度及深度来取。一般K值为0.7～1.0，当加强筋窄而深时取大值，宽而浅时取小值。

表2 平面加强筋的基本形式和尺寸

根据材料性能（见表3）和零件复杂程度，起伏成形可采用一次成形，或分几次成形的方法成形。在分次成形的过程中，一般采用退火方法来恢复金属材料的塑性指标。材料在每一次成形时能够达到的极限伸长率。

式中 L1——成形后沿截面材料长度（mm）；

L——成形前材料原始长度（mm）；

A——材料的伸长率（%）。

表3 常用材料的力学性能

我们常用金属材料在冲压起伏制作的过程中，金属材料产生塑性变形，由于材料冷变形引起的硬化效应，材料力学性能发生变化，材料强度指标随金属材料变形程度的加大而增加，这种适度冷变形硬化，对我们的机械产品起伏制作，提高零件强度会起到积极的作用。

3.起伏成形工艺应用特点

起伏成形使用的机械设备；一般小形零件，只要计算压力满足要求，一般压力机、摩擦压力机都可以用于起伏成形。平板带状补强起伏（见图2），使用普通折边机也可以制作，但应该购买专用模具。大型零件应使用大型压力机制作起伏。现在一些企业的大型卷板机，在配有专用模具的情况下，也可以进行起伏制作。总之，起伏制作设备，只要满足计算压力要求，可根据自己企业的情况灵活决定。产品设计时，设计人员和工艺人员应密切配合，根据产品技术要求，进行起伏设计，达到提高产品性能、节约材料，提高产品美观程度的积极作用。

起伏成形的模具，基本上均采用金属模。对于薄板，也可采用橡胶模、聚氨酯橡胶模。小型零件和高速冲压零件，模具应按照常规进行设计。在折边机上制作起伏时，可以订购专用模具。大型锅炉附件使用油压机成形时，由于成形精度要求低，制作模具时可采用相对简单易行的方法制作。如图3所示的烟箱门压模，因为当时加工条件，此模具的制作就采用了简单易行的方法，周边采用圆钢充当上模，字母采用气割以后进行修磨的方法制作。制作材料使用耐磨性能较好16Mn，成功制作出合格的产品。

图3

在工业锅炉领域，此工艺可以使用在锅炉底座、烟箱面板、灰门门板、一些盖板及锅炉外包装的外包装板等。锅炉的烟风道，一般均采用大块薄板制作，一些大型锅炉由于使用钢板较大，在锅炉运行时，发生共振，产生很大噪声。不得不采用加厚钢板的方法或在外部焊接扁钢、角钢作为加强筋补强。如果采用制作起伏的方法进行补强，在不需要增加钢板厚度的情况下，就可以起到补强效果。