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钛管换热器厂家谈钛盘管模具尺寸的确定方法

发布时间 :2021-06-03 10:07:08 浏览次数 :

1、前言

由于钛及钛合金具有优异的耐腐蚀性能,被广泛运用于石油化工、冶金、氯碱、制盐、电镀等行业之中。因为钛材价格比较昂贵,但使用寿命长,维修方便、费用低,性能稳定,有利于环境保护,从而获得了很高的经济效益和社会效益。

我国每年生产的钛材约70%~80%用于民品,民品的60%~70%用于石油化工、冶金、氯碱、制盐、电镀等行业之中,其中40%~50%是管材。管材主要用于换热器的制作,即:列管换热器和盘管换热器,盘管换热器采用螺旋式换热,换热效率高,加工成本低,适用范围广,所以钛盘管换热器前景十分看好。

钛盘管换热器的制作工艺比较简单,但模具尺寸确定非常繁琐。每加工一个规格的盘管,反复试制许多次才能确定要求盘管直径的模具尺寸,既浪费材料、又消耗时问。如果能很快确定要求盘管直径的模具尺寸,则事半而功倍,所以通过试验,找出规律,得出经验公式,为以后制造钛盘管换热器提供帮助。

2、试验条件

2.1 材料

采用宝鸡钛业股份有限公司生产的钛管(TA2),钛管符合标准GB/T 3625-1995。

2.2 试验设备

盘管机(转速:6r/min功率:7 kW)、模具自制如图1所示。

钛管换热器厂家谈钛盘管模具尺寸的确定方法

2.3 工艺路线

钛管复检、焊接直管、焊缝着色、绕制、捆绑、焊接、检查、入库。

2.4 方法

将钛管接长,长度约为3倍展开周长,一头固定模具上,用定轮支撑,开动盘管机,绕制。

3、试验结果及讨论

3.1 成型原理分析

钛管弯曲时应力如图2所示。

钛管弯曲时应力如图

σ=-Ey/ρ

弯曲时,截面上一点的正应力与此点到中性轴成正比。A点受最大压应力(-),B点受最大拉应力(+)。钛管卸载后,产生应力变形。

钛管弯曲成型是钛材塑性和弹性相结合的加工工艺,钛管在弯曲过程中,弯曲部分内侧受压,外侧

受拉,一部分产生弹性变形,另一部分产生塑性变形。当被弯的钛管卸载后,弹性变形部分力图使钛

管恢复原状而回弹,弹性回弹使钛管弯曲角度、半径发生变化,变化的差值为回弹量。

3.2 试验数据结果

(1)钛管φ50×2.5(冷加工),试验数据见表1,图3,4。

钛管φ50×2.5(冷加工)

图3 弯曲中径与回弹系数g

图4 弯曲中径与展开中径

(2)钛管φ60×2.5(冷加工),试验数据见表2,图5,6。

钛管060×2.5(冷加工)

图5 弯曲中径与回弹系数

图6 弯曲中径与展开中径

(3)钛管φ38×2(冷加工),试验数据见表3。

钛管038×2(冷加工)g

(4)钛管φ25×2(热加工),试验数据见表4,图7。

钛管025×2(热加工)

图7 温度与回弹系数

(5)钛管φ60×2.5(1,3充沙子、冷加工;2,4不充沙子、冷加工),试验数据见表5。

钛管060×2.5(1,3充沙子、冷加工;2,4不充沙子、冷加工),

从表1~5中分别可以看出:

(1)弯曲中径Y与展开中径的X关系,即:Y=KX,K≈0.83~0.93。

(2)弯曲中径Y愈大,回弹量愈大。

(3)加工温度愈高,回弹量愈小。

(4)当展开中径较小时,钛管必须充沙弯曲,否则弯管容易产生压扁、褶皱等缺陷。

(5)充沙子弯曲,对回弹量影响不大。

回弹量对加工精度影响很大,所以模具尺寸确定要足够重视,否则费时、费力、费材料。影响回弹

量的主要因素有:

(1)钛管力学性能:弹性模量E愈低,屈服强度σ愈高,回弹量愈大。在钛管变形过程中,钛弹性模量小,弹性变形量( σ弹=σ/E)大;屈服强度高,达到屈服点所产生的塑性变形量小。

(2)钛管的冷作硬化:硬化程度愈高,回弹量愈大。

(3)弹性变形程度:弯曲半径愈小,回弹量愈小。

(4)加工温度:回弹量随温度的升高,而降低,因为温度升高,钛材的强度急剧下降。

3.3 验证

我公司为某化工厂生产直径X=1600,1800,2000盘管加热器(TA2、钛管φ57×2.5),当时取:K

= 0.84算出弯曲中径为Y=KX=1344,1512,1680,模具外径为(Y-57)=1287,1455,1623,通过冷加

工成形,实测尺寸分别为:1590,1795,2000,通过捆绑校形一次成型。

4、结论

从以上试验数据及实际验证中(共20组数据)中可以得出(见图8):钛盘管加热器(TA2)冷加工成型时,弯曲中径y与展开中径 成正比关系,即:Y=KX,K≈0.83~0.93。因钛管材质、壁厚、退火程度、展开中径大于3m、热加工等对回弹量的影响,还有待于探讨。目前,我公司生产直径3 m以下盘管加热器(TA2),可一次确定模具尺寸,既提高了生

产效率,又降低了生产成本。

图8 弯曲中径与展开中径

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