采用弯制法制作法兰毛坯降低制造成本

我公司承制某厂一种消耗备件，每年需求量有两百多件。每一个该备件上需一件如图1所示的法兰，材质为Q235B。

对于该法兰制作，通常的方法是在材质为Q235B、厚度为60mm的钢板上按四分之一圆下料成弧形法兰板，每四件弧形法兰板拼焊成一件法兰毛坯（见图2，表1为焊接参数），再校平，然后按图样加工即可。

此制作方法技术成熟、工艺简单，但材料利用率低，并不经济。由于批量较大，我们采用是在厚度为60mm的钢板上下料成钢板条，设计制造模具在弯管机上弯制钢板条的方法制作法兰毛坯，成本大幅降低，取得了很好的效果。

图1 法兰

图2 法兰毛坯

1.下料尺寸的确定

我公司现有弯管机铭牌上标注该机器最大可弯管子规格为φ159mm×14mm，最小弯曲半径为400mm，旋转角度为180°。因此，钢板条尺寸确定为60mm×73mm×1469mm，每一条钢板条弯制成半圆，每两个半圆即可组焊成一件法兰毛坯。这种制作方法由于焊接接头数减少一半，焊后不需校平即可满足加工要求。

表1 焊接参数

2.弯管机能力校核

由于没有弯管机的原始设计资料，要准确校核该弯管机的能力是否足够弯制这种规格的钢板条几乎是不可能的。常用无缝钢管材质为20，与Q235B屈服强度基本相当。待弯钢板条弯曲半径大于该弯管机最小弯曲半径。通过计算该弯管机能弯制最大管的抗弯截面模量，并将计算结果与钢板条的抗弯截面模量作比较，即可大致判断该弯管机能力是否足够弯制60mm×73mm截面的钢板条。

φ159mm×14mm管截面抗弯截面模量为WG=212 792mm3，60mm×73mm矩形截面抗弯截面模量为Wt=53290mm3。WG远大于Wt，因此，可判断该弯管机从能力上完全能弯制这种规格的钢板条。

3.弯曲模设计

设计弯曲模如图3所示。考虑冷弯后回弹，模具直径设计成910mm，即回弹后能符合产品尺寸要求。由于在弯制过程中，钢板条内侧受压变厚，因此，将模具轮缘槽形设计成带斜度结构（见图3中A—A剖视图），以方便弯制后脱模。模具其他结构尺寸按与弯管机装配相吻合设计，图中未注其他详细结构和尺寸。

图3 弯曲模

图4 弯制过程示意

1. 弯曲模 2. 待弯钢板条 3. 直夹块 4. 滑槽 5. 弧形夹块

4.弯制工艺

弯制过程如图4所示，具体要求：①按图4a方式安装弯曲模及装夹好待弯的钢板条，起动弯管机，按顺时针方向弯制约165°，使待弯钢板条尾部全部通过滑槽并弯制成形，如图4b所示。②卸下已弯了约165°的钢板条，再拆下弯曲模并旋转180°安装在弯管机上。③将已弯约165°的钢板条反向装夹在弯曲模上，此时应用弧形夹块才能保证工件装夹牢固，如图4c所示。④再起动弯管机，按顺时针方向弯制约43°，使待弯钢板条尾部直段全部通过滑槽并弯制成形，如图4d所示。

完成上述步骤即完成了一件钢板条的弯制，回弹后形成半圆形法兰毛坯。每两件半圆形法兰毛坯可组焊成一件法兰毛坯。

表 2

5.常规方法与弯制方法制造对比

以60mm厚普通钢板规格2200mm×8000mm为例，如按常规方法制作法兰毛坯，排料如图5所示。

按图5方式排料，一张钢板可制作四分之一圆弧的法兰板219件，可拼法兰54.75件，所余边料几乎不能再作他用，材料利用率为66.7%。由于没有“共割边”， 一张钢板总的切割线长达355 370mm，平均每一件法兰的下料切割线长为6491mm。

同样规格钢板，按弯制法兰工艺制作，钢板条排料如图6所示。

按图6方式排料，一张钢板可制作钢板条148件，弯制后可拼法兰74件，所余边料理论尺寸为727mm×635mm，尚可用于其他工件的制作，材料利用率为90.1%。由于可充分利用“共割边”，一张钢板总的切割线长为229 400mm，平均每一件法兰的下料切割线长为3100mm。表2为两种制作方法的对比。

图6 弯制方法制作法兰排料

图5 常规方法制作法兰排料

6. 结语

（1）与常规方法相比较，弯制方法可提高材料利用率23.4个百分点；切割工作量及切割气体用量仅相当于常规制作方法的47.7%。

（2）采用弯制方法装配焊接工作量及焊接材料用量减少一半，且不需要焊后校形即可满足加工要求。

（3）弯制方法需要制作专用弯制模具，增加了下料后的弯制工序，但同时也避免了组焊后校平工序。

（4）弯制方法只适合批量生产，对单件制作则无优势。

（5）对类似的批量法兰制作，只要有相应的弯制设备，采用弯制方法制作可大幅降低制造成本，提高经济效益。