1、前言

化工行業(yè)一直是中國用鈦的第一大領(lǐng)域，其用鈦量占全國各行業(yè)用鈦總量的53％。而在用鈦的各種化工設備中換熱器使用最多，用鈦量占整個(gè)化工行業(yè)用鈦量的一半還多。換熱器最主要的參數之一是換熱面積，為了增大換熱器的換熱面積，提高換熱效率，常常采用盤(pán)管來(lái)制作換熱器。盤(pán)管換熱器結構緊湊、換熱效率高，得到了廣泛使用[1]。將原有換熱管更換成盤(pán)管后，其換熱效果明顯提高。換熱器用的盤(pán)管是用鈦管制作的。由于鈦屬于稀有金屬，價(jià)格較銅和不銹鋼等要貴許多，因此制作鈦盤(pán)管時(shí)，不但要保證外觀(guān)尺寸符合要求，還要控制管材盤(pán)制過(guò)程中的廢品率，提高鈦材的利用率。鈦管的盤(pán) 制需要借助特定的盤(pán)管裝置來(lái)實(shí)現。此前，西安優(yōu)耐特容器制造有限公司使用的旋轉胎具盤(pán)管制作裝置制作鈦管盤(pán)時(shí)，易產(chǎn)生許多缺陷，成品率低，材料的利用率也低。本試驗根據三輥卷板機的工作原理設計研制了一種新型鈦管盤(pán)制裝置，克服了旋轉胎具盤(pán)管所造成的缺陷，大大提高了鈦材的利用率。

2、裝置設計與制作

以φ38mm×2mm的鈦管制作直徑為1000mm的鈦盤(pán)管為例，分析了旋轉胎具盤(pán)制鈦管時(shí)的問(wèn)題所在，設計制作了新的鈦管盤(pán)制裝置。

旋轉胎具盤(pán)管裝置由圓筒胎具、立柱、帶槽的滑輪、減速機等主要零部件組成[2-4]。旋轉胎具盤(pán)管裝置的示意圖如圖1所示。

在圓筒胎具的適當位置焊一卡具，在距離圓筒胎具500mm處焊有一根φ36mm的立柱，將輪面帶槽的滑輪套在立柱上，將管子的一端卡在圓筒胎具的卡子上。其工作原理是：

將鈦管鑲人滑輪卡槽，滑輪向旋轉胎具輸送鈦管，圓筒胎具直徑由最終換熱器的盤(pán)圓直徑以及鈦管的回彈量確定；胎具旋轉速度南Y132S一82.2kW減速機控制，開(kāi)動(dòng)減速機即可進(jìn)行盤(pán)管。

該裝置被用于許多材質(zhì)管材的盤(pán)制[5]。，但用于鈦管盤(pán)制成形時(shí)易起皺、變形，特別是管子焊接處經(jīng)過(guò)滑輪時(shí)易被拉裂。岡此，為了克服旋轉胎具盤(pán)管裝置盤(pán)制鈦管時(shí)的許多不足，根據三輥卷板機原理設計了三輥盤(pán)管裝置，其裝置示意圖如圖2所示。

為了簡(jiǎn)化盤(pán)管裝置的制作過(guò)程，選購了型號為WI1-6-100的i輥卷板機，對其進(jìn)行改制。將三個(gè)輥子的右端都伸出φ36mm的車(chē)光軸，下面兩輥均銑有鍵槽。加工三個(gè)φ200/50mm的滑輪，輪面上均加工R=19mm的槽，將一個(gè)滑輪套在上輥端部，另外兩個(gè)滑輪套在兩個(gè)下輥上，用鍵(選用鍵B10／40GB 1096-79)鎖死，依靠下輥推動(dòng)輸送鈦管，通過(guò)上輥上下浮動(dòng)調節管子曲率來(lái)保證盤(pán)管的圓盤(pán)直徑。

3、鈦盤(pán)管裝置試用結果分析

3.1 兩種盤(pán)管裝置制作的鈦盤(pán)管整體尺寸誤差對比

采用圖1所示的旋轉胎具盤(pán)管裝置盤(pán)制鈦管時(shí)，鈦管既有塑性彎曲，還有彈性彎曲，管子始終處于一種受拉狀態(tài)，閃此容易將管材存焊接處拉裂。另外鈦管材回彈量很大，而同彈量的準確計算比較復雜且難度較大，導致胎具尺寸不易控制，從而造成盤(pán)管的整體誤差較大。采用圖2所示的三輥盤(pán)管裝置盤(pán)制鈦管時(shí)，管子通過(guò)滑輪處于自由狀態(tài)，幾乎沒(méi)有回彈，岡此可以利用樣板來(lái)檢杏曲率是否滿(mǎn)足尺寸要求，這樣得到盤(pán)管盤(pán)圓誤差較小。采用兩種盤(pán)管裝置制作的直徑1000mm鈦盤(pán)管尺寸精度對比列于表1。從表l所列試驗結果可知，使用旋轉胎具盤(pán)管裝置制作的盤(pán)管尺寸偏差為+11～-10mm，而采用三輥盤(pán)管裝置制作的鈦盤(pán)管直徑偏差可以控制在+4～-3mm之間。

3.2 外表面質(zhì)量對比

采用旋轉胎具裝置進(jìn)行鈦管盤(pán)制時(shí)，南于鈦管通過(guò)滑輪后過(guò)度角太小，管子在成形時(shí)易起皺、變形，從而導致?lián)Q熱管內流體阻力增加，影響換熱效果。另外，管子在對接焊縫處還容易被拉裂，出現廢品。而采用i輥盤(pán)管裝置能夠克服這些缺點(diǎn)，這是因為管子通過(guò)滑輪為圓滑過(guò)渡圖3給出兩種不同的盤(pán)管裝置盤(pán)制的鈦換熱器成品照片。

3.3 經(jīng)濟效益對比

3.3.1 金屬鈦的利用率

由于旋轉胎具盤(pán)管裝置的立柱距胎具軸心有500mm距離，因此，在鈦管盤(pán)制過(guò)程中，頭和尾均會(huì )有超過(guò)500mm過(guò)渡段，無(wú)法盤(pán)制而被切掉。另外，由于旋轉胎具盤(pán)管裝置自身存在的不足，會(huì )導致對接焊縫被拉裂而報廢。因此，金屬鈦的利用率只有80％左右，而采用三輥盤(pán)管裝置盤(pán)制鈦管無(wú)切頭尾的浪費，也無(wú)拉裂對接焊縫的可能，因此金屬鈦的利用率可以達到95％，提高了15％。

3.3.2 工裝成本

由于化工設備本身就是一種非標設備，被盤(pán)制的管材直徑不標準，相對應每種盤(pán)管的盤(pán)圓直徑也不標準，就需要制作相應尺寸的旋轉胎具，旋轉胎具盤(pán)管裝置耗材耗時(shí)都相對較高。而三輥盤(pán)管裝置不需準備大量的胎具，管材的直徑變化時(shí)只需更換滑輪就可以了，盤(pán)圓直徑則可以通過(guò)升降上輥的高度來(lái)實(shí)現。三輥盤(pán)管裝置的制作與旋轉胎具盤(pán)管裝置相比，不但節省了大量的制作材料，而且加工周期短。一般旋轉胎具盤(pán)管裝置所需的胎具直徑小的需幾千元，直徑大的則需幾萬(wàn)元，而三輥盤(pán)管裝置胎具價(jià)格往往可以忽略不計。

4、結論

(1)三輥盤(pán)管裝置使用方便，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，材料的利用率達到95％，工裝成本也比旋轉胎具盤(pán)管裝置低得多。

(2)三輥盤(pán)管裝置盤(pán)制的鈦管外形美觀(guān)，尺寸精度高，避免了旋轉胎具盤(pán)管裝置起皺、拉裂等現象的發(fā)生。

(3)三輥盤(pán)管裝置已在西安優(yōu)耐特容器制造有限公司用于批量化生產(chǎn)，為公司帶來(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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[2]張松，劉靜，趙永剛，等．盤(pán)管式冷凝器成形工藝及裝置設計[J]．金屬加工，2011(4)：39-40．

[3]劉關(guān)強，趙寶洪，郭棟梁．銅合金盤(pán)管生產(chǎn)概述[J]．銅加工，2010(1)：37-41．

[4]劉永忠．鈦盤(pán)管換熱器制作模具尺寸確定[J]．壓力容器，2008(11)：53-55．

[5]黃欣．在水解鍋內使用鈦盤(pán)管[J]．醫藥設計，1983(1)：43-44．

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