汽轮机主汽阀和调节阀是汽轮机组的重要部件之一，在阀壳腔室内设置分流板以防止气流发生紊流，随着超临界、超超临界汽轮机的参数提高，阀门分流板材料采用性能更好的10Cr9W2MoVNbNB耐热钢，厚度均为9.5mm，属于中等厚度钢板，不同等级汽轮机组的分流板截面形状近似，都是V形，内圆角半径为R9.5mm，只是截面尺寸和长度不一样，V形角为14°~23°，超超临界汽轮机分流板几种典型结构如图1所示，零件尺寸精度要求高，弯曲后圆角内、外表面不允许有裂纹缺陷，需采用专门弯曲模成形。
图1 超超临界汽轮机阀门分流板几种典型结构
1板料弯曲成形原理及工艺
分流板弯曲半径很小，等于板厚，且耐热钢10Cr9W2MoVNbNB塑性差，冷弯曲成形和1次热弯曲成形时板料截面根部外层圆角拉应力超过材料的屈服强度，易产生裂纹。
图2 耐热钢板料2次弯曲成形工序
根据零件结构，成形方案选择二次温压弯曲成形，即将板料先加热到材料最终回火温度20~30℃以下，先弯曲至60°，然后回炉加热，以消除第一次弯曲产生的内应力，然后再次弯曲到零件要求的角度，成形工序如图2所示，工艺流程为：模具安装→板料加热→第1次弯曲→2次加热→第2次弯曲→尺寸检查。
2通用弯曲模设计
01
模具结构及材料选择
图3 通用弯曲模结构
1.凹模 2.螺钉 3.螺栓 4.下模座 5.定位销 6.导柱 7.上模座 8.凸模 9.板料 10.限位柱
通用弯曲模采用镶套式结构，如图3所示，凹模和凸模与模座分开制造，并采用螺钉将其与模座紧固，模座不与板料接触，模座采用Q235-B钢板，凹模和凸模因与加热板料直接接触，且弯曲时需承受较大的摩擦力，故采用热作模具钢5CrNiMo，既满足了模具使用功能，又节约了成本，若凹模或凸模磨损或损坏，可实现凹模、凸模与模座快速拆卸与更换。
02
凸模与凹模V形角设计
图4 板料弯曲变形
根据弯曲原理，随着凸模的下移，板料成形角逐渐变小，凸模理论下止点位置处板料最终贴紧凹模，如图4所示，凸模和凹模角度在模具长度方向皆按最小V角14°设计，满足最小V形角的零件弯曲，V形角大于14°的零件通过控制凸模下移行程来控制板料弯曲成形角度。
03
任意V形角板料弯曲行程
图5 V形角为β的板料弯曲数学模型
1.凹模 2.板料 3.凸模
假设V形角为β的板料，建立图5所示的数学模型，设凸模理论下止点的圆角中心为坐标原点，板料弯曲到最终状态时，板料直边是R20mm与R19mm圆的内公切线。
内公切线直线方程：
y=kx+b（1）
其中：
k=tan(90-β/2)=cotβ/2（2）
推导出内公切线直线方程：
y=kx+[(y0+20×sinβ/2)-k(x0-20×cosβ/2)]（3）
过点1（板料最终圆角中心）作1条上述内公切线的平行线，内公切线的平行线方程：
y=kx+b+sqrt[(19×k)^2+19^2]（4）
令x1=0，从而推导出：
y1=[(y0+20×sinβ/2)-cotβ/2×(x0-20×cosβ/2)]+sqrt[(19×cotβ/2)^2+19^2]（5）
因x0、y0为固定值，根据公式（5），可计算出任意β时的y1值，根据y1值在模具上设置限位柱高度来限制凸模下压行程，实现不同V形角零件的弯曲成形。
04
模具导向及限位
为精确控制弯曲零件的尺寸精度，模具设置了对角导柱控制凸模下压方向，同时为了精确控制凸模下移行程，在下模座上设置对角限位柱，限制凸模下压行程以实现不同V形角板料弯曲成形。
05
凹模导入角及圆角
图6 凹模导入角
为减少弯曲成形过程中板料与凹模摩擦造成的板料外表面拉伤，应增大凹模入口角度及圆角，凹模导入角如图6所示，可以避免在弯曲模上设置圆柱滚子等复杂机构，模具结构相对简单，同时入口段60°圆角也可用来控制第1次弯曲。
06
板料快速定位
图7 定位条
1.下模座 2.凹模 3.导柱 4.板料 5.螺钉 6.定位板 7.螺钉导向槽
下模座后侧设置活动式定位条，如图7所示，模具安装时根据板料的宽度设置，采用螺钉固定，弯曲时板料在下模上可快速定位，保证弯曲部位在板料中心，在模具长度方向未设置限位，板料长度可调节，以实现同一V形角不同长度板料的弯曲。
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