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星腾伟业金属材料有限公司
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某型号产品中的贮油缸筒体,该零件具有以下特点:
①体是由51mm×3mm钢管经旋压封口而成;②在简体壁多处局部由塑性胀形加工而成的向外凸包或扩径段,凸包或扩径段构成缸筒,局部外径尺寸公差为1T10或IT12。因此,该简体的胀形加工属超长径比厚壁钢管的精密胀形。
工艺分析
(1)该零件长度较大,成形部位分布在简体的不同部位,成形部位的位置尺寸又受到旋压封口的影响,如果在封口后胀形,将会造成局部胀形部位位置尺寸不准,而且模具设计困难。
(2)该零件成形部分的形状尺寸差别较大。既有整体成形,又有局部成形,而且,局部成形部分尺寸差别较大,如果一次成形出所有成形部分,必然会造成模具设计的困难和加工的困难,而且成功的把握性很小。
(3)该零件属超长径比厚壁钢管,所需成形力较大。在金属塑性加工中,该零件的成形适合胀形工艺。胀形工艺一般可分为刚性胀形与软凸模胀形刚性胀形适用胀形力较大,但模具结构复杂,且受模具结构与强度设计的限制,一般适用于零件长径比较小及相对料厚较溥的零件成形,而该零件长径比较大,属细长零件,若采用该方法,模具的强度和刚性都难以保证。软凸模胀形适合长径比较大的零件,其模具结枃较简单,但受软凸模材料性能的限制,一般只适用成形力较小的薄壁件的胀形加工。由于该简体材质为钢材,厚度较大,所需胀形力较大,所以采用软凸模胀形也无法达到该零件成形的需要,因此,该零件的成形具有较大的难度。
胀形工艺及模具结构
根据以上分析,要使该零件成形部分的位置准确,且不受封口部分的影响,那么零件的成形工艺应放在旋压封口之前进行,以成形的位置尺寸确定旋压尺寸,这样同时可避免成形力对旋压部分形状的影响.
近年来我国钢结构工程建设迅速发展,其中大跨度和空间钢结构等也得到了广泛应用,此类结构的用材特点是大量应用圆管管材,而且随着跨度、荷载的加大,要求更大的直径与壁厚,有时还需要更小的径厚比。如新首都机场大量采用大直径锥形、梭形厚壁管柱,主要规格为D3083×60、D2850X55与D1850X50(图1);新广州电视塔立柱钢管为D2000X50(40),并以很小斜率沿长度方向变径;北京电视塔圆管柱为D1200X60,其径厚比为18;原五棵松体育文化中心方案曾要求采用D1000X100的厚壁无缝钢管,其径厚比仅为8,世界上只有极少数厂家可生产．
厚壁钢管的类别与特点
(1)关于管材的壁厚分类尚无明确统一的标准,若按《冷弯薄壁型钢结枃技术规范》、《钢结构设计规范》规定,圆管(冷加工成型)的厚度不宜大于25mm。故钢结构用管材的壁厚类别可大致可分为:薄壁管一一壁厚＜6mm;中等壁厚管壁厚=8mm~28m;厚壁管一一厚壁t≥30mm。关于圆管的径厚比要求,按局部稳定条件,壁厚不应过小,规范规定相应径厚比限值应不大于而按冷加工(卷制、压制)条件为防止过大性变形与残余应力,壁厚又不应过大,其相应径厚比不宜小于20(按内径计算)。
(2)厚壁管按加工方法可分为以下四类
①热扩无缝钢管一一将已轧制成的厚壁无缝钢管
加热后再次挤压、扩张并拉伸成型, 规格为D720X40(径厚比D/t=16),因为热扩成型,除有冷却过程中的残余应力外,并无小径厚比的冷加工变形和残余应力。但因热扩中温度、速度的不均匀性其壁厚公差可达土25%。一般不适用于钢结构。
②热卷成型管将钢板
均匀加热到900~1000℃后,在卷管机上卷制成型,一般需经二次加热与二次卷制,其性能优于冷卷成型管,且可不受径厚比的限制,但加工成本高、效率低,主要用于锅炉、压力容器工程
众所周知,采用大口径厚壁管道(外径400mm以上,外径与壁厚比为55~90)输送液体和汽体物质是为合理经济的,但是,随着被输送液体和汽体的温度和压力的升高,管道破裂的危险也增大。为了保证管道的有效必需从材料和生产工艺二个方面提高质量以满足性能要求。就钢管生产工艺而言重点在于采用什么方法生产毛坯。
钢管的工作应力及壁厚关系
图1所示为一圆柱形容器,其直径为D,壁厚为长度为L在内压p的作用下,容器的鈥、横截面上都将产生应力日,用截面法将容器沿截面战开,鈥截面上的拉应力为可以类似地推出横截面上的应力仅为上述应カ的一半。传递高压流体的管道的危险截面是鈥截面。设想火电站汽水管汽水压カ为5MPa约50大气压),内直径D为1000mm,壁厚为10mm,汽水管鈥截面上将产生约250MPa的工作应カ。
考虑温度对屈服极限的影响一般中低碳钢是无法胜任的但采用高强度合金钢则不仅价格高而且成形更为困难。因此采用高治金质量的低碳钢制作厚壁管就显得十分经济。
因为壁厚增加一倍,则应力σ降到原来的一半;汽水在管道中长期流动腐蚀不可避免,壁厚大则管道的寿命也可延长2沖孔拉仲法成形大口径厚壁管将加热好的钢锭放入冲孔胎模中先冲一个盲孔,然后放入拔伸胎模中进行拔长而生产厚壁管的方法称为冲孔拉伸法。
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