起伏成形技術在鍋爐制造業中的應用

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，從而實現提高零件剛度、減少使用材料厚度，實現定位、裝飾等設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、局部藝術裝飾、浮雕形壓制，或增強金屬板材剛度。據有關資料介紹，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。從而達到既提高產品美觀程度，又減少材料消耗，降低生產成本的積極效果。

2.起伏成形技術在鍋爐業中的具體應用

目前，國內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。上海工業鍋爐廠等企業使用包裝成形板，起到了較好的使用效果。在20世紀70～80年代鍋爐行業，一些企業采用起伏成形技術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。隨著國有企業改制，人員和設備變化，國內前煙箱門基本又回到平板設計的樣式。灰斗上蓋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，重新向各鍋爐企業推薦起伏成形工藝，就是希望在鍋爐行業推廣這項工藝技術，以減少材料使用量，降低生產成本，提高產品質量和鍋爐的美觀程度。

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

國外鍋爐產品的美觀程度，遠高于國內產品，一方面是他們注重工業產品美術設計、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，根據相關資料介紹和工作經驗，在表1中給出了在我們鍋爐制造行業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并根據工件情況進行調整，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。進行設計時可根據式（2）進行估算或試壓后決定為宜。

如果起伏形狀為封閉曲線，在相交處應采用圓角過渡，圓角尺寸選擇數值時應偏大一點為宜。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，根據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

根據材料性能（見表3）和零件復雜程度，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，金屬材料產生塑性變形，由于材料冷變形引起的硬化效應，材料力學性能發生變化，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.起伏成形工藝應用特點

起伏成形使用的機械設備；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，但應該購買專用模具。大型零件應使用大型壓力機制作起伏。現在一些企業的大型卷板機，在配有專用模具的情況下，也可以進行起伏制作。總之，起伏制作設備，只要滿足計算壓力要求，可根據自己企業的情況靈活決定。產品設計時，設計人員和工藝人員應密切配合，根據產品技術要求，進行起伏設計，達到提高產品性能、節約材料，提高產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，模具應按照常規進行設計。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品。

圖3

在工業鍋爐領域，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，發生共振，產生很大噪聲。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.結語

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