弯头防磨罩成型工艺及模具设计 孙曙 （无锡华光锅炉股份有限公司） 摘要：本文分析弯头防磨罩冲压工艺方案，介绍防磨罩模具结构及工作过程，阐述模具设计中应 注意的问题。 关键词：弯头防磨罩；工艺；模具；回弹；弹性顶料。 １．前言 弧一次冲压成型的加工方式。一次成型即可以 锅炉中烟气所含的灰粒及硫化物对受热面 提高生产效率，而且可以减少冲压过程中产生 管子会产生磨损和腐蚀，对于磨损严重的受热 的回弹。当防磨罩直段尺寸ａ、ｂ＞６０时，将这种 面管段或弯头处可采用防磨罩方法来减轻磨 防磨罩称为长直段弯头防磨罩，应采取先压小ｒ 损，如图１。防磨罩的作用首先可避免被保护的 半圆弧，再压大Ｒ圆弧，二次成型的加工方式。受热面管段与烟气中的灰粒直接接触，其次可 减小受热面管子弯头与炉墙之间间隙中的烟速 以减轻该处管段磨损。 ２．３设备选用 防磨罩一次成型即可以放在冲床上冲制， 也可以放在压机上压制，当Ｒ≤１５０，生产批量 较大时，防磨罩应优先选择在冲床上加工，冲制 成型速度快，生产效率高；当于Ｒ＞１５０时，防 磨罩成型模具比较大，特别对于是表面质量要 求较高，生产批量较小的防磨罩，应优先选择在 压机上加工，压制成型速度慢，成型质量比冲床 好，工件回弹量也要比冲床小。 防磨罩二次成型，考虑到回弹量的控制，应 使用压机压制成型。 因此在生产过程中可根据零件的精度及尺 图１防磨罩结构示意图 ２．工艺分析 寸要求、生产批量，选择合适的设备进行制造。 ２．４落料尺寸 ２．１零件分析 防磨罩落料，根据防磨罩展开尺寸，落成方 弯头防磨罩材料一般为耐热钢、不锈钢，如 板，坯料长Ｌ，宽Ｂ。坯料尺寸计算根据弯曲体应 ｌＣｒ６Ｓｉ２Ｍｏ、１２Ｃｒ１３等，材料的厚度一般为 变中性层在弯曲前后不变的特点，先确定应变 ３ｒａｍ，防磨罩弯曲半径Ｒ、ｒ，成型后要求零件无 中性层位置，再计算应变中性层长度，最后得出 起皱、无变形。包在弯头外部向内弯曲的称为内 落料尺寸。中性层位置不在正中，而是靠近弯曲 弯防磨罩，如图２ａ，包在弯头内部向外弯曲的称 中心的内侧。落料尺寸可用以下公式计算得到：为外弯防磨罩，如图２ｂ。 ２．２成型分析 罩直内弯防磨罩落料尺寸： 中性层半径： 罩直娄段筹 尺寸、ａ 罩ｂ≤ 时，６０ 将这种防磨罩称为普 一【Ｋ一。ｒＩ Ｊ＋ 通弯头防磨罩，采用小ｒ半圆弧及大Ｒ弯头圆 争 兀 式中：Ｄｌ＝２（ｒｌ＋ｔ），ｄ＝２ｒｌ 坯料长：Ｌｌ＝（ａ１＋ｂ１）＋ 坯料宽：按ｒ１圆弧中径展开 Ｂ１＝７Ｔ（ｒｌ＋ｔ／２） 中性层半径： ｐ ２＝（Ｒ２＋ｒ２）一１／２（ｒ２＋ｔ） 坯料长：Ｌ２＝（ａ２＋ｂ：）＋ 坯料宽：按Ｉ＂２圆弧中径展开 坯料宽：Ｂ２＝丌（ｒ２＋ｔ／２） 外弯防磨罩落料尺寸： ａ）内弯防磨罩 ｂ）外弯防磨罩 图２防磨罩零件图 ３．模具结构 时，橡皮弹性回复，顶料杆将工件顶出，至此 防磨罩的成型过程结束。 ３．１普通防磨罩模具结构 内弯防磨罩模具结构总图如图３。工件在 弯曲过程中极易滑动，会发生偏移，必须采取 定位措施，由于小ｒ和大Ｒ圆弧弯曲方向相同， 工件的滑动、偏移多见于内弯防磨罩。工件的 定位，可采用两块可调节间距的定位板定位， 定位板上开腰型孔，固定在凹模上。 模具的上连接可使用通用上连接，冲模上 连接孔和压模上连接孔也应该相同，这样做到 同一副模具即可在冲床上使用也可以在压机上 使用，增加了模具的通用性和互换性，能够更 好地适应实际生产的需要。 凸模和上连接使用螺栓连接，凹模和下模 底板相连，下模底板上装有弹性顶料器，弹顶 力通过顶料杆将工件顶出。 模具运行过程：将落料后的坯料放在凹模 １．冲模上接接２．凸模３．凹模４．顶料杆５． 底板６．顶板７．橡皮８．定位板 ３上，用定位板８将坯料定位在凹模中心。当 模具下行时，凸模２至与坯料接触，并继续下 行使坯料准确进入凹模内，碰到顶料杆４后继 图３内弯防磨罩模具 为了保证防磨罩的质量和生产效率，弹顶 续下行，橡皮７受压，凸模、工件和凹模产生 力应足够，确保顶料杆能顺利地把工件顶出，相对运动，使各部分弯曲逐渐成型。凸模回程 否则工件易变形，生产效率低。采用弹性橡皮 一３３— 顶料器，橡皮允许承受的负荷较弹簧大，而 算复杂且不够精确。根据实际经验，以及防喏 且安装调整方便，橡皮的材料可使用聚氨酯 罩的材料和Ｒ半径的不同，△Ｒ取ｌ￣３ｍｍ，八 橡胶。 Ｃｃ取２～３。。 外弯防磨罩模具结构和内弯防磨罩相同， Ｒ凸＝Ｒ一△Ｒ，ｒ凸＝１－ 也应安装弹性顶料器。由于凹模上安装定位板 ｏ【凸＝ ＋△ 比较困难，可根据坯料宽度，在凹模上铣出平 ４．２凹模 槽用于坯料的定位，坯料直接冲压成型，无需 凹模工作部位的几何形状，可对照凸模的 折边。 几何形状并考虑工件厚度进行设计 ３．２长直段防磨罩模具结构 凹模入口圆角半径 的大￣ｌ，ｘｑ弯｝址｛力以 长直段防磨罩由于直段较长，如果采用一一 及防磨罩质量均有影响。过小的凹模人口嘲ｆｆＪ 次成型的方式，模具将非常庞大，冲压定位也 半径会使弯矩的弯曲力臂减小，坯料沿 使 非常困难。因此采用二次成型的方式，一般可 角划入时阻力增大，弯曲力增加，并易使工件 先用压制小ｒ圆弧，再用长直段防磨罩模具压 表面擦伤甚至出现压痕。在生产中，通常根据 制大Ｒ圆弧，如图４。大Ｒ圆弧成型时使用已 材料的厚度选择凹模入口圆角半径Ｒｌ产２ ６。 成型的小ｒ圆弧进行定位。 凹模深度ｈ应适当，如果过小，防磨掣两 端不能完全包进凹模中，两端小ｒ圆弧成型不 到位，影响零件质量，如果过大，则多耗费锁 具材料，并需较大的工作行程。 凹模开两个顶料方孑Ｌ，采用双顶杆的方式， 方孔周边打磨圆角。对于Ｒ比较小的弯头防瞪 罩，由于模具较小，采用双顶杆推料，凹模上 的顶料方孔间距较小，冲压过程中凹模易产生 小裂纹，进而造成模具的损坏。因此可采用单 顶杆顶料的方式，顶杆安装在凹模中心。 图４长直段防磨罩模具 ４．３顶料杆 ４．模具主要零、部件设计 顶料杆的型面与凹模的型面一致。顶料轩 ４．１凸模 与凹模间隙配合，间隙为０．１～０．２ｒａｍ。 防磨罩的相对弯曲半径Ｒ／ｔ较大（Ｒ／ｔ＞ 凸模、凹模和顶杆均采用Ｃｒｌ２制造，热 １０），成型后必须考虑回弹的影响，角度回弹 处理硬度为ＨＲＣ５８～６２。 量用△。【表示，大圆弧半径回弹量用△Ｒ表示。 ５．结束语 根据回弹量的大小对凸模大圆弧半径Ｒ凸及夹 经过生产实践证明，防磨罩成型工艺能够 角ｏ【凸进行修正，采用补偿法消除回弹，凸模 满足大批量生产的需要，产品符合相关技术要 小圆弧半径ｒ凸。 求，质量稳定。弯头防磨罩模具结构合理，操 影响回弹的因素很多，如材料的力学性能、 作简便，性能可靠，安装了弹性顶料装置，提 工件的相对弯曲半径、弯曲角、弯曲工作的形 高了生产效率，降低了操作人员的劳动强度。 状、弯曲方向等。各种因素相互影响，理论计 ３４——
