钛管换热器厂家谈钛盘管模具尺寸的确定方法

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。

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。

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。

（2）钛管φ60×2.5(冷加工)，试验数据见表2，图5，6。

（3）钛管φ38×2(冷加工)，试验数据见表3。

（4）钛管φ25×2(热加工)，试验数据见表4，图7。

（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。

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。

相关链接