浅谈管板锥形长孔的加工方法

浅谈管板锥形长孔的加工方法

王允超

郑州九冶三维化工机械有限公司河南郑州450001

摘要：空冷器是利用自然界的空气来对工艺流体进行冷却（冷凝）的大型工业用热交换设备，与水冷却方式比较，具有冷源充足、并可节省冷却用水、减少环境污染和维护费用低廉的优点。冷却系统是电力生产过程的一个重要环节，做过功的气轮机需要在凝气器里冷却凝结，然后重新开始循环，在直冷系统中，有管箱、管板、管束等重要的零部件，一般长度为2m左右，管板上有锥形长孔，管束插接在长孔里后进行焊接，保证致密性，然而管板长孔如何加工更为经济显得尤为重要。

关键词：空冷器；热交换设备；冷却系统；直冷系统；管箱；管板；管束

1引言

在间冷工艺流程中，直接用空气来冷凝汽轮机排出的乏汽，冷空气与汽轮机乏汽进行热交换。冷却系统是关键所在，管束需要在现场安装在管束托架上，管束托架不仅仅作为管束的支撑件，而且带有驱动装置，调整托架上的百叶片角度以满足不同热量的需求，但是与间冷相比，直接空冷最明显可以节水很多，占地面积小，只要建空冷岛，且可以选择的地方也多，岛下很多地方还可以再利用。管板作为重要的零件之一，管板上的长孔沿壁厚方向有斜度要求，因此管板长孔的加工方式即要满足质量要求，也得节约成本，提高劳动效率。

2、管板加工要求

管板图纸的具体尺寸如下图所示。管板的宽度一般在285~480mm范围之内，在技术要求上，不仅对长孔的尺寸公差做了要求，还要求了孔与孔之间的距离公差，管板的直线度不大于2mm,整体的平面度不大于2mm,若采取冲压工艺，管孔边缘的塌边高度不允许大于1.8mm。

3、管板加工方法的选择

针对管板的长孔的尺寸要求，加工方法可以选择激光切割、水切割、机加工或冲压加工。若采用激光切割，管孔长度、宽度方向的精度能够满足要求，但是在管板宽度21mm的深度方向，必须带有5°的锥角。

首选选择数控加工中心，加工中心平台尺寸为500*1000mm,即可以满足管板的宽度要求，又能满足管孔对加工精度的要求。但在加工中心铣孔过程中，刀具磨损较为严重，平均加工30块管板就需更换刀具一次，无形中增加了加工成本。另一方面，加工中心铣孔时效率低下，需要两个工人抬着上下料，一个台班仅能加工4块管板，管板的数量与管箱是3倍的关系，在紧迫的生产工期下，每天4块的产量远不能满足工期要求。

其次选择冲压的加工方式。管板长孔采用冲孔加工时，首先根据管板的厚度、长孔的截面尺寸确定所需的压力，再选择冲床的型号。冲裁力P=K*L*t*k1/9800,(t表示材料厚度，L表示冲裁周长，T表示材料抗剪强度，k为安全系数),P=1.3*475*20*188*1.5/9800=355T,因此需选择400T的压力机才能满足冲压力的需求。冲床的结构形式有两种，一种是开口式，一种式龙门式，为了保证冲台的稳定性，选择龙门式冲床，工作台两侧的筋板保证了台面的稳定性。

4、管板冲压过程

1）管板的冲压作业如下图所示。管板的整个冲压过程由自动送料装置、自动控制系统、单臂吊一台、400T冲床一台组成。用单臂吊将管板吊放置自动送料平台上，在控制系统屏幕上输入相关的冲压参数，确定参数与图纸要求相符，再按下复验按钮，送料装置的气缸就为，顶住管板侧面，保证管板的位置准确，然后模拟动作开始，丝杠带动顶头推动管板，前进一个孔距停顿一下，依次类推，确认动作无误后正式冲压，当整个管孔冲压完毕后，送料装置上带有挂钩，挂住第一个管孔自动返回到原始位置，再将管板利用单臂吊放置到半成品堆放区，检验管孔尺寸。整个冲压过程除上下料外，均实现了自动化，每天可冲压50块左右，大大的提高了生产效率，降低了制作成本。

2）管板冲压时模具的设计至关重要。凹模与冲头的间隙不能采用正常的间隙标准，针对厚板的冲压间隙，需要反复调模试验，确定最合理的间隙，只有间隙保证了，冲压长孔的断面质量才能够保证。做为δ20mm的厚板冲压时，采用普通材料12CrMo时，冲头磨损较快，冲孔5000次左右时就达不到尺寸精度的要求，孔的塌边超过2mm,必须进行冲头的修磨。再经过多次试验后，采用DC53材质制作冲头、凹模时，冲压次数可达20000次，大大的减少了修模的次数。冲头采用带有斜角的截面，即提高了长孔的截面质量，又减少了塌边量和冲压力，减轻了冲床的负荷。凹模采用可拆卸的方式，在使用的过程中只需要对需要修复、破损的凹模进行更换，不用将模具进行整体更换，降低了模具的使用费用。

3）冲压毛刺的界定。管板在制作过程中，S174101技术规范4.1.1只规定管板平面度和尺寸，关于冲孔质量无具体标准，但在验收过程中对冲孔的断面要求达到了机加工的表面要求，致使冲孔工艺完成后还需进行内孔的修磨，具体见以下实例。

但在冲压件毛刺高度JB4129-85中，明确规定了冲压件毛刺高度的极限值，具体参见下表。

冲压长孔可接受的毛刺

5、结束语

综上所述，管板长孔的数控加工虽然能够保证尺寸精度的要求，但是制作成本高、生产效率低下，针对两米左右的三联体管板加工时，机床的平台存在局限性，不能满足加工要求。而管板的冲压方式，不仅能够满足尺寸精度的要求，生产效率提高了12.5倍，还能够满足三联体管板的加工要求，因此冲压方式非常适合管板的加工。

参考文献：

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[5]付宏生.冷冲压成型与模具设计制造.北京：化学工业出版社，2005