【word】 管材局部加热管壁增厚技术

【word】 管材局部加热管壁增厚技术 管材局部加热管壁增厚技术 新技术新工艺2012年第2期 管材局部加热管壁增厚技术 金永海,王丽颖 (1.吉林大学辊锻工艺研究所,吉林长春130025;2.长春市第一中学校,吉林长春130051) 摘要:介绍了几种金属管材弯曲成形工艺及其存在的缺陷,最后得出管壁局部增厚的结论.采用 传统弯曲工艺是目前解决管壁变薄强度下降的可行方法,主要叙述了高频感应圈局部加热增厚管壁的机 理,对试验装备和操作过程作了较详尽的论述.最后,试验研究了各种工艺参数对成形工艺和管材材质 的影响. 关键词:管材;管壁增厚;弯曲 中图分类号:TG312文献标志码:A . TechnologyofPipe—wallThickeningbyLocalHeating JINYonghai,WANGLiying (1.RollForgingInstituteofJilinUniversity,Changchun130025,China; 2.TheFirstHighSchoolinChangchun,Changchun130051,China) Abstract:Severalbendingprocessesofmetalpipewerepresented,theshortco mingsoftheseprocesseswereanalyzed. wallthickeningwasproposed,andbythistechnolog Thetechnologyofpipe— y,theproblemsofstrengthreducingandpipe —wallthinningafterthetraditionalbendingprocesscouldbesolved.Thepap erprimarilydescribespipe—wallthickening mechanismbylocalheatingwiththehigh—frequencyinductionloop.Thetestequipmentandoperationwerediscussedinde— tails.Finally,theeffectofprocessparametersontheformingprocessandthepi pematerialwasstudiedbyexperiments. Keywords:Pipe,Pipe—wallthickening,Bending 随着汽车燃料价格持续上涨,汽车轻量化越来 越受到人们的重视,轻量化的一个有效途径是充分 使用管材.此外在管道工程,船舶,锅炉及压力容 器,中央空调,航空航天,石油化工,轻工等工业部门 都大量使用管材.传统的管材弯曲加工方法按弯曲 方式可分为压弯,滚弯,推弯,绕弯,中频感应加热弯 管,热应力弯管等工艺(如图1,图3所示)_1]. b)滚弯 c)推弯d)绕弯 图1各种弯曲方式 上述方法有几点不足之处. 1)外弧面壁厚变薄,强度下降,甚至造成破裂, 影响正常使用或存在安全隐患. 2)内弧面出现折皱. 图2中频感应加热弯曲 3)管件截面变扁,即管件沿弯曲半径方向的截 面尺寸小于垂直弯曲平面方向的截面尺寸. 入 水 方 向 加热管件 1l 水面 图3热应力弯曲 为了克服外弧面在弯曲时变薄,强度下降的问 题,一种方法是采用激光成形弯曲工艺,它是一种利 用激光束照射材料表面时形成的内部非均匀热应力 场来实现材料弯曲的新技术.但是激光弯曲成形机 理研究还不很充分,未达到实际应用的程度l_l].另 一 种方法是首先在变形区段使管壁增厚,然后用传 统弯管方法弯曲.虽然模具也可以增厚管壁,但只 《新技术新工艺》加工工艺与材料研究 加工工艺材料研究 限于管子的端部,且需要昂贵的模具,而且随着管材 尺寸的变化需要不同的模具.利用高频感应圈可以 在任意位置增厚管壁,并且不需要昂贵的模具.本 文只研究此方法. 1增厚管壁工艺 1.1增厚机理 如图4所示,用高频感应圈局部加热金属管,加 热部位的温度急剧上升,这部分材料发生热膨胀,但 受周边低温材料的限制,只能向板厚方向移动,这部 分发生塑性变形的材料在冷却后的残留突起状态使 板厚增加]. 图4增厚机理 1.2装置和操作 如图5所示,是用普通车床改制的管壁增厚装 置,管子一端用卡盘固定,另一端的固定装置装在水 平液压缸活塞上,并能对管子施加轴向压力,带动右 管端在竖直导向板中做上下移动. 所用高频加热装置输出功率5kw,振动频率 100kHz,感应圈利用车床进给装置可以左右移动. 试件选用2O钢,退火后硬度159HV,表面粗糙 度Ra2.3肚ITI,外径27.2mm,内径19rnm,壁厚2.9 mm,长度200mm. 哭头一滑遁 ()仍\ …_一 珊一 r-Jc)件U缸 一 50一 图5高频加热增厚装置 1.3操作过程 如图6所示,首先用卡盘把管子卡紧并使其旋 转,然后起动车床的自动进给装置使感应圈沿管子 轴线方向移动.并开始加热,同时液压缸进压力油 对管子右端施加轴向压力.右侧带液压缸的固定管 子装置沿着导向板向上一点一点少量移动,感应圈 向右移动50mm,试验结束.液压缸对管子不施加 轴向压力并且不向上移动的条件下,也进行一次试 验.试验中,管子旋转速35r/min,轴向压力6,12 kN,感应圈的移动速度0.O4,O.20mm/s. 哭头一 ( FA?…一_ -rJ,件 a1旋转,加热 b)加热,感应圈行走,加压,上升 c)加工完毕 图6管壁高频加热增厚过程 2试验结果分析 2.1送进速度的影响 管子旋转速度35r/min一定时,观察感应圈进 给速度变化可知,进给速度低时,增厚效果明显.这 是因为速度低时热量积蓄,温度提高导致塑性变形 增大.另外适当的轴向压力会增加增厚效果I4]. 2.2反复加工效果 一 次增厚加工的增厚量是很小的,为了得到大 的增厚量,在相同的条件和操作下,对加工后的试件 进行反复增厚加工,随着加工次数的增加,增厚量变 大. 2.3偏心量的影响 感应圈移动速度0.12mm/s,轴向压力1OkN, 偏心量在0,10mm范围内变化,结果是偏心量在 4mm以下,管壁增厚几乎与非偏心时一样.偏心 量在4,6IIlm之间,管壁增厚急速增大.偏心量超 过6mm则加工失败?5]. 2.4加工后材质变化 经过加工的材料发生塑性变形,所以在旋转速 度35r/min,送进速度0.12mm/s条件下对加工管 材的硬度,表面粗糙度,内部组织进行观察测量.结 果是由于加工硬化,加工后硬度,强度提高了.表面 变得光滑了,加工前Rn为2.3m,加工后Ra为 1.5m.并且由于急冷,急热,原始状态的相发生 了再结晶,使晶粒细化了. 新技术新工艺》加工工艺与材料研究 新技术新工艺2012年第2期 大功率LED汽车前大灯散热 张驰,吕文婷,徐沛娟 (吉林大学,吉林长春130012) 装置研究 摘要:从大功率LED汽车前大灯的构造入手,采用风冷为主要的散热 方式,设计了3种带有不同 翅片的散热装置.通过更换基板和散热翅片的材料,对这3种散热装 置的温度场进行模拟,结果表明,合 理的散热器翅片的排布,较大的散热面积和散热器材料的选择,在设 计过程中起着至关重要的作用,可有 效解决车载大功率LED光源由于温度过高而引起的光通量和寿命 降低的问题. 关键词:大功率LED;汽车车灯;温度场模拟;散热结构;材料 中图分类号:TM711文献标志码:A ResearchonRadiation--structureofHigh—powerLEDCarHeadlights ZHANGChi,LVWenting,XUPeijuan (JilinUniversity,Changchun130012,China) Abstract:Thisarticlestartedfromthestructureofhigh—powerLEDcarheadl ight.Withwindcoolingasthemaincool ingmode,threedifferentkindsofcoolingfinsweredesigned.ByreplacingtheMCPCBandmaterialsofthecoolingfins,the valuesofthesethreetemperature--fieldsimulationweregot.Theresultsshowthattherationalarrangementofcoolingfins, alargercoolingareaandtheselectionofcoolingmaterialsplayvitalrolesindesignprocessandcaneffectivelysolvedthe problemofLuminousfluxandworkinghoursreductionofLEDcarheadlight,whichcausedbythehightemperature. Keywords:High—powerLED,Carheadlight,Temperature--fieldsimulation,Radiation--structure,Materials 20世纪6o年代后,LED作为新型绿色光源产 业逐渐发展起来.1985年客用车上开始应用LED 信号灯,随后NISSAN300ZX型车上运用了由多 个LED组成的高位刹车灯,2008年以LED作为前 照灯的凯迪拉克开始量产…,随后LED前照灯逐渐 被应用在雷克萨斯LS600hL,08款奥迪R8和凯迪 拉克等高端车上.目前,国内生产企业对LED的生 产标准正在逐步完善,LED前照灯价格已经有所降 低,但要取代其他汽车光源,还有很多问题需要解 决,其中一部分集中体现在由灯具的散热而导致的 坊石;盼石;蛤晶0写写写-\分 2.5加工后形状 试验后试件全长尺寸缩短,外径几乎没有变化, 但表面残留加工的痕迹,内径变小使管壁增厚.如 果轴向压力过大,会出现折皱导致加工失败. 3结语 通过管子局部加热增厚管壁的试验研究及理论 分析,可以得出如下结论. 1)回转速度一定,感应圈进给速度低,管壁增 厚明显,施加轴向压力增厚明显. 2)已经做过一次增厚加工的再以相同的条件 进行一次增厚加工,增厚量加大. 3)由于加热并施加轴向压力,管子总长缩短, 壁厚增加,管子是缩径变形. 4)增厚部分材料发生加工硬化,由于急热,急 冷使材料内部组织微细化. 5)适当的偏心量使管壁增厚明显,偏心量过大 84 将导致加工失败. 参考文献 [1]田福祥,王珍.管材弯曲加工新技术[J].锻压机械, 2002,3.32—34. E2]刘顺洪.管材激光弯曲规律的试验研究[J].激光技术, 2004,28(4):340343. [32松本良.局部加熟6二土为薄肉,?7067)叉 增肉加工IJ].塑性匕加工,2005,46(3):47—51. [4]松木则夫.局部加熟压缩曲eI=为薄肉,7. 叉增肉加工[J].塑性匕加工,2004,45(4):31—35. Es]HaoN,LiL.Finiteelementanalysisoflasertubeben dingprocess[J~.AppliedSurfaceScience,2003,208—209:437— 44]. 作者简介:金永海(1969一),男,本科,主要从事塑性成形加工 及技术管理工作. 收稿日期:2011年12月20日 责任编辑李思文 《新技术新工艺》加工工艺与材料研究