模具之家讯：摘要：本文研究了弯头推制工艺对弯头几何形状的影响。通过对坯料、芯棒、温度和推进速度对弯头曲率半径、截面不圆度和壁厚影响的研究，得出结论： D/ Dp ( 弯头截面直径/ 坯料外径) = 1. 33 ～1.40 ；b/ a ( 芯棒椭圆截面长轴/ 芯棒椭圆截面短轴) = 1.06 ～1
摘要：本文研究了弯头推制工艺对弯头几何形状的影响。通过对坯料、芯棒、温度和推进速度对弯头曲率半径、截面不圆度和壁厚影响的研究，得出结论： D/ Dp ( 弯头截面直径/ 坯料外径) = 1. 33 ～1.40 ；b/ a ( 芯棒椭圆截面长轴/ 芯棒椭圆截面短轴) = 1.06 ～1.10 ； WB36 材质加热温度最高点= 880 ～900 ℃，A335 P22 材质加热温度最高点= 900 ～920 ℃ ； 推进速度≤1000 δ/2 D ( δ— 弯头壁厚，D —弯头截面直径) 。
1. 概述
推制弯头几何形状的主参数有曲率半径R、与曲率半径圆垂直的截面不圆度( 实际截面直径Ds - 标准截面直径Db) 及壁厚δ( 见图1) 。影响推制弯头几何形状的工艺参数有： 推制用坯料的材质、壁厚和外径、芯棒头的材质及形状、加热温度及其分布以及推进速度。下面分别讨论各工艺参数对推制弯头几何形状的影响。
2. 主要研究内容及结果
( 1) 推制弯头用坯料的材质、壁厚和外径对推制弯头几何形状的影响火力发电行业常用推制弯头的材质有WB36 和A335P22 等。WB36 的高温强度小于A335P22 的高温强度，WB36 的高温塑性小于A335P22的高温塑性，WB36 的导热系数小于A335P22 的导热系数。故在坯料外径、壁厚及芯棒头形状尺寸相同的情况下，WB36 与模具的贴合性能小于A335P22 。推制弯头需要正火+ 回火热处理、机加工端口，壁厚需留有烧损及机加工余量。一般余量为弯头理论壁厚的10 % ～20 %。弯头壁厚δ与截面直径D 比值越小，与模具的贴合性能越好，但弯头内弧越容易失稳起皱。根据金属在塑性变形时体积不变、推制成形时壁厚不变( 实际微减薄) 、弯头外弧长度与管坯长度相等的特点，推导出推制管坯外径公式：
式中 Dp ———管坯外径； R———弯头曲率半径；
δ———弯头壁厚；
D———弯头截面直径。
如果实际选用的管坯外径比按公式计算得到的Dp值小，与模具贴合性能好，但弯头内弧容易失稳起皱。如果实际选用的管坯外径比按公式计算得到的Dp 值大，结果则正好相反。根据上述原则，对本次试验用推制弯头采用的推制管坯见表1 ( A 为弯管左段部分) 。
( 2) 芯棒头的材质及形状对推制弯头几何形状的影响 芯棒头材质及形状是一个重要的工艺参数，由设计及制造直接控制。
芯棒头材质一般有ZG1Cr18Ni9Ti 、ZG3Cr20Ni14 、ZG1Cr25Ni20Si2 、ZG0Cr20Ni25 等，高温强度及耐磨性逐渐升高，价格也是相应升高。如果是小批量生产，可以选择ZG1Cr18Ni9Ti 、ZG3Cr20Ni14 ； 如果是大批量生产，应选择ZG3Cr25Ni20 Si2 、ZG0Cr20Ni25 ，但ZG0Cr20Ni25 价格太高，故这次试验芯棒头材质选用了ZG1Cr25Ni20 Si2 。芯棒头按曲率半径分为单曲率、双曲率和多曲率三种。单曲率、双曲率、多曲率芯棒，推力逐渐减小，制作成本逐渐升高。本次试验选双曲率芯棒。按截面形状分为圆截面和椭圆截面两种，圆截面制作简单，成本低，但推制弯头的椭圆度及减薄率过大；椭圆截面制作复杂，成本高，但推制弯头的椭圆度及减薄率小。本次试验选椭圆截面芯棒。按是否有整形段分为有整形段芯棒头和无整形段芯棒头两种。有整形段芯棒制作复杂，成本高，使用时间长； 无整形段芯棒制作简单，成本低，但前端磨损快。本次试验选有整形段芯棒。
按芯棒头角度分为60°和90°两种，90°芯棒多用于火焰加热。本次试验选60°芯棒。故本次试验选用双曲率、椭圆截面、有整形段、60°的芯棒，芯棒形状如图2 所示，尺寸见表2 。
( 3) 温度及其分布对推制弯头几何形状的影响 加热温度是一个重要的工艺参数，由中频电源功率调节直接控制。
对于碳钢和合金钢，加热温度的确定原则是材质奥氏体化温度以上，且推制时弯头内壁主压应力小于材料在此温度下的屈服极限。材质奥氏体化温度越高，加热温度越高; 材质高温屈服极限越高，加热温度越高。中频感应加热，WB36 钢的最高温度为850 ～900 ℃，A335P22 钢为900 ～950 ℃，A335P91 材质的加热温度最高点为900 ～1000 ℃。测温方式为固定式远红外测温仪和手动式远红外测温仪相结合。
温度分布是一个重要的工艺参数，由感应圈形状及感应圈与芯棒头相对位置直接控制。感应圈形状是主要因素，感应圈与芯棒头相对位置是次要因素。温度沿芯棒头轴向分布规律为低、中、高、中，温度沿芯棒头径向分布规律为低、中、高。加热温度高，推制弯头壁厚增大。推制D508mm×36mm、R = 762mm、A = 50mmWB36 钢的试验温度如表3 、表4 所示。
( 4) 推进速度对推制弯头几何形状的影响 推进速度作为一个重要的工艺参数，由液压系统流量调节直接控制。
推进速度的确定原则是弯头内壁主压应力小于材料在此温度下的屈服极限，弯头外壁伸长率小于材料在此温度下的最大伸长率。材质透热系数、磁导率及中频功率大，推进速度快。推进速度快，生产率提高，但推制弯头的壁厚减薄率增大。
( 5) 推制弯头的检测结果及分析 对推制弯头用测厚仪检测了外弧、侧弧和内弧壁厚，用平台划线方式检测了曲率半径、端口截面直径和长度加工余量。
推制速度每分钟加快15mm，曲率半径加大50mm，即推制速度加快，曲率半径加大。推制速度每分钟加快15mm，加热温度降低后，壁厚减薄3mm，即加热温度降低，压缩量减少，推制速度加快，压缩量减少； 先脱离芯棒的端口截面不圆度加大5mm，即温度降低，与模具贴合性能降低。
推制速度加快9mm/ min，曲率半径加大84mm，即推制速度加快，曲率半径加大。推制速度加快，加热温度升高，壁厚减薄5mm，即加热温度升高，压缩量增大，推制速度加快，压缩量减少。先脱离芯棒的端口，截面不圆度减少20mm，即推制速度降低，温度升高，与模具贴合性能增强。
3. 结语
( 1) 由于截面不圆度大，在选料时可适当减小坯料的直径，D/ Dp= 1. 33 ～1. 40 。
( 2) 由于截面不圆度大及内外弧加工余量不均匀，在芯棒头设计时可把扩径变形段45°改为50°，整形段20°改为15°，并把扩径变形段45°内的b/ a 值加大，即b/ a =1. 06 ～1. 10 。
(3) 为保证合适的曲率半径R 值，推进速度≤1000 δ/2 D，上述规格的WB36 弯头的推制速度35 ～38mm/ min； A335P22 弯头的推制速度20 ～22mm/ min，芯棒头整形段曲率半径Rx =1. 06 ～1. 07 R。
( 4) 为保证壁厚及顺利成形，WB36 材质加热温度最高点880 ～900 ℃，A335P22 材质加热温度最高点900～920 ℃
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