起伏成形技術(shù)在鍋爐制造業(yè)中的應(yīng)用

浙江特富鍋爐有限公司（海寧 314422）白鶴峰 葉元華 鄧龍強 盛大松 葉畢彬 鄧 亮 劉 洋

1.起伏成形技術(shù)概念

起伏成形是指金屬板材在力的作用下，使用模具使金屬板材的表面積增大，形成局部的凸凹，從而實現(xiàn)提高零件剛度、減少使用材料厚度，實現(xiàn)定位、裝飾等設(shè)計需求的一種材料成形工藝方法。

起伏成形是在金屬板材上進行局部脹形的一種金屬加工過程，一般常用于零件定位、局部藝術(shù)裝飾、浮雕形壓制，或增強金屬板材剛度。據(jù)有關(guān)資料介紹，使用起伏成形的方法，在金屬板材上壓出合適起伏成形的凹坑、凸起或加強筋時，可使材料厚度減少1/2而不影響零件剛度。從而達到既提高產(chǎn)品美觀程度，又減少材料消耗，降低生產(chǎn)成本的積極效果。

2.起伏成形技術(shù)在鍋爐業(yè)中的具體應(yīng)用

目前，國內(nèi)在鍋爐上使用起伏成形加工的零件，主要是鍋爐的包裝板。如一般我們使用的瓦楞板。上海工業(yè)鍋爐廠等企業(yè)使用包裝成形板，起到了較好的使用效果。在20世紀70～80年代鍋爐行業(yè)，一些企業(yè)采用起伏成形技術(shù)制作了燃煤鍋爐的前煙箱門蓋板（見圖1）和灰斗的上蓋板（見圖2），取得比較好的效果。制作的前煙箱門蓋板，厚度減少1/3以上，成形美觀，密封效果不錯。隨著國有企業(yè)改制，人員和設(shè)備變化，國內(nèi)前煙箱門基本又回到平板設(shè)計的樣式?；叶飞仙w板也采用增加鋼板厚度或采用角鋼補強的方法制作。在這里，重新向各鍋爐企業(yè)推薦起伏成形工藝，就是希望在鍋爐行業(yè)推廣這項工藝技術(shù)，以減少材料使用量，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和鍋爐的美觀程度。

根據(jù)我們初步估算，按我國目前鍋爐產(chǎn)量按1萬～1.2萬臺/a，6萬～7萬蒸噸計算。按每臺鍋爐節(jié)約鋼材50kg計算，一年可節(jié)約鋼材500～600t，價值約200萬元。

國外鍋爐產(chǎn)品的美觀程度，遠高于國內(nèi)產(chǎn)品，一方面是他們注重工業(yè)產(chǎn)品美術(shù)設(shè)計、色彩搭配，另一方面是采用了起伏工藝制作的包裝板與成形件，所以取得較好的視覺效果。

圖1

圖2

起伏成形具體尺寸，根據(jù)相關(guān)資料介紹和工作經(jīng)驗，在表1中給出了在我們鍋爐制造行業(yè)可能用到的起伏基本形狀、尺寸，供參考。起伏深度和寬度可參照表1并根據(jù)工件情況進行調(diào)整，以滿足工件補強要求為原則。特別是起伏深度，如果過淺達不到補強要求；如果過深可能會造成材料撕裂。進行設(shè)計時可根據(jù)式（2）進行估算或試壓后決定為宜。

如果起伏形狀為封閉曲線，在相交處應(yīng)采用圓角過渡，圓角尺寸選擇數(shù)值時應(yīng)偏大一點為宜。如果在工件兩端終止，可按表2制作終止端。

表1 起伏基本形式和尺寸

起伏成形力，一般是按下式進行計算：

式中 F——成形力（N）；

L——加強筋周長（mm）；

t——材料厚度（mm）；

Rm——材料抗拉強度（MPa）；

K——系數(shù)，根據(jù)加強筋的寬度及深度來取。一般K值為0.7～1.0，當加強筋窄而深時取大值，寬而淺時取小值。

表2 平面加強筋的基本形式和尺寸

根據(jù)材料性能（見表3）和零件復(fù)雜程度，起伏成形可采用一次成形，或分幾次成形的方法成形。在分次成形的過程中，一般采用退火方法來恢復(fù)金屬材料的塑性指標。材料在每一次成形時能夠達到的極限伸長率。

式中 L1——成形后沿截面材料長度（mm）；

L——成形前材料原始長度（mm）；

A——材料的伸長率（%）。

表3 常用材料的力學性能

我們常用金屬材料在沖壓起伏制作的過程中，金屬材料產(chǎn)生塑性變形，由于材料冷變形引起的硬化效應(yīng)，材料力學性能發(fā)生變化，材料強度指標隨金屬材料變形程度的加大而增加，這種適度冷變形硬化，對我們的機械產(chǎn)品起伏制作，提高零件強度會起到積極的作用。

3.起伏成形工藝應(yīng)用特點

起伏成形使用的機械設(shè)備；一般小形零件，只要計算壓力滿足要求，一般壓力機、摩擦壓力機都可以用于起伏成形。平板帶狀補強起伏（見圖2），使用普通折邊機也可以制作，但應(yīng)該購買專用模具。大型零件應(yīng)使用大型壓力機制作起伏?，F(xiàn)在一些企業(yè)的大型卷板機，在配有專用模具的情況下，也可以進行起伏制作?？傊鸱谱髟O(shè)備，只要滿足計算壓力要求，可根據(jù)自己企業(yè)的情況靈活決定。產(chǎn)品設(shè)計時，設(shè)計人員和工藝人員應(yīng)密切配合，根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，進行起伏設(shè)計，達到提高產(chǎn)品性能、節(jié)約材料，提高產(chǎn)品美觀程度的積極作用。

起伏成形的模具，基本上均采用金屬模。對于薄板，也可采用橡膠模、聚氨酯橡膠模。小型零件和高速沖壓零件，模具應(yīng)按照常規(guī)進行設(shè)計。在折邊機上制作起伏時，可以訂購專用模具。大型鍋爐附件使用油壓機成形時，由于成形精度要求低，制作模具時可采用相對簡單易行的方法制作。如圖3所示的煙箱門壓模，因為當時加工條件，此模具的制作就采用了簡單易行的方法，周邊采用圓鋼充當上模，字母采用氣割以后進行修磨的方法制作。制作材料使用耐磨性能較好16Mn，成功制作出合格的產(chǎn)品。

圖3

在工業(yè)鍋爐領(lǐng)域，此工藝可以使用在鍋爐底座、煙箱面板、灰門門板、一些蓋板及鍋爐外包裝的外包裝板等。鍋爐的煙風道，一般均采用大塊薄板制作，一些大型鍋爐由于使用鋼板較大，在鍋爐運行時，發(fā)生共振，產(chǎn)生很大噪聲。不得不采用加厚鋼板的方法或在外部焊接扁鋼、角鋼作為加強筋補強。如果采用制作起伏的方法進行補強，在不需要增加鋼板厚度的情況下，就可以起到補強效果。

4.結(jié)語

綜上所述，起伏工藝是一種投入不多，可提高鍋爐產(chǎn)品美觀程度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少材料消耗，降低生產(chǎn)成本，同時又行之有效的工藝方法。此工藝在鍋爐行業(yè)推廣，能夠為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益，也可以創(chuàng)造良好的社會效益，具有很好的推廣前景。