浅谈利用压力机压制锥体工艺论文_杨杰

摘要：锥形封头是锅炉压力容器常用部件，一般采用直接卷制成形，可遇到锥体小端直径太小或受设备能力限制，无法直接用卷板机卷制成形的情况时，就需要采用一些特殊方法，本文结合自己工作实践经验，介绍一种用压力机和放射状胎具压制成型的工艺方法

关键词：压力机 放射胎 锥体。

一、前言

锥形封头广泛用于石油化工、医药、航天、核电、船舶、钢铁以及锅炉压力容器等制造行业。锥形封头的锥体制造工艺过程一般为：放样→下料→清理→刨边→组对→焊接→卷制成形→焊接→校圆。但遇到锥体小端直径太小或受设备能力限制，而无法直接用卷板机卷制成形的情况时，就需要采用一些特殊方法：

1、先用卷板机卷制成锥体基本形状，然后再用放射状胎具压制合缝成型法。

2、直接用放射状胎具压制成型法。

二、下面详细介绍直接用放射状胎具压制成型法

以图1锥体：材质Q345制作为例，确定上下模具尺寸参数。

1）：下模圆钢长度的确定

圆钢的长度就是素线的长度，根据三角形边长关系其计算方法：

L=√（D/2—d/2）²+H²=785㎜ ，因此本图中圆钢的理论长度就为785㎜。一般情况下圆钢长度比锥体长度长200㎜，故这次圆钢长度为985㎜。原则上上下模具圆钢长度相等，为了节约成本，多次重复利用，可以做到设备的最大加工尺寸，以便后续利用。

注：L：下模圆钢钢长度 D：锥体大圆直径 d：锥体小圆直径 H：锥体高度 δ：钢板厚度

2）：下模小端和大端间距的确定见图2

锥体小端圆钢的间距设定为X=30mm，根据大小端间距的比等于锥体大小端直径的比例原理，其比例式是：

1100÷122=9 Y=30×9=270㎜

注：X：放射状胎具小端（锥体小端）圆钢净间距，Y：放射状胎具大端（锥体大端）圆钢净间距。

3）：模具圆钢直径：

a、保证成型后锥台和底板有一定的距离。

b、圆钢应有一定的强度。

c、锥体大端和小端比例较大时，模具上模要小，下模要大。比例较小时，上下模具可以用同型号圆钢或下小上大。

d、一般情况上下圆钢可用φ40 φ60 φ80圆钢交替使用。

f、这次圆钢上模用φ40 一根，下模用φ60 两根。

J、所选圆钢外表面要光滑无毛刺，不能有弯曲现象。

4）：模具焊接：（形状见图2）

a、这次上模采用φ76×10无缝钢管5根，长度1200㎜，钢板δ≥20㎜，500×1200㎜一块。圆钢φ40一根长度985㎜。成H型均匀焊接，如图2.

b、一般情况下，上模要用φ76×10无缝钢管3--5根，长度约1000㎜或1200㎜，（这次使用的是500T压力机，其它压力机要根据设备行程确定长度），一般做到设备的最大加工尺寸。焊接在δ≥20㎜钢板和圆钢上。上模钢板可以根据压力机滑动缸体现场确定安装和焊接方案。

c、下模圆钢要根据上模安装好确定位置后，并且在上下模具吻合后方可施焊。这次下模要焊接在钢板δ＞20㎜，尺寸560×1000㎜的板上。以便压制不变形。一般情况下钢板要根据锥体大小确定尺寸。

d、上下模具一定要满焊，并焊加强筋板确保强度安全。

e、有条件的单位可以将上模具的圆钢改成硬度较高的厚钢板，在车床铣个三角型刀。这样压制刀口密集，成型效果更好。

从图3可看出，下模用φ40mm圆钢就可以了，考虑到模具的钢度和以后压制其他锥体的通用性，选用φ60圆钢，下模小端和大端间距按理论应符合上述原则，但本例我们在制作中适当增加小端间距，减小大端间距，虽然成型后有一些上下错口，但在后续工序中矫正也很方便；上模用δ=20mm钢板和φ40圆钢制作，上下模具设计应根据设备能力，考虑最大成型规格模具。

2、压制过程

1）：画放射线见图4

压制前先在扇形板料上画出放射线，根据圆周长计算方法，这次大圆端周长为3391㎜，小端320㎜。放射线等份数大端按170mm分19等份，小端按16㎜分19等份，然后各对应等份连线成扇形放射线形状。一般等份为奇数，等份越多成型效果越好。

一般情况下用整扇了压制，并在板材两边预留50㎜余量，这样压制避免出现成型有直边。当然这也要看压力机几何尺寸受限否？如果受限的话，可以将整扇料分为两半，并各加余量划放射线。

2）：压制

a、压制前给上下模具均匀涂抹石墨粉，以便润滑。一般先压制锥体两边部位，直至这两部位成型，（这时可将预留余量切割下来，以免影响合缝。）再从锥体的一边均匀的压制到对应边。另外压力机压力设置要根据板材材质、厚度设定压力，压力过高会出现过弧现象，压力过低弧度不够。因此在压制前最好用同样的下角材料试压，测量弧度确定压力。（一般情况下压力调整到位，一次就可以压制成型，但是钢板较厚时可以分次压制），一个等份内最好压制3--5次（奇数压制）。小端位置不动，大端成放射线形状均匀移动3--5次位置，压制过程中要用内弧度样板测量弧度，避免出现过弧或欠弧现象。成型时如果出现上下错口、小端过掩、扭曲等现象，按第五部分方法矫正。合缝前应保证边线直度和弧度，不能出现错边和过弧或欠弧，保证焊接坡口符合焊接要求。点固焊时一般先从小端开始，焊接后再进行校圆。操作如图5、6、7、8。

b、这次测试压为26MPA，（压力是根据板厚、上下模具大小、间隙及弧度而变化。不是固定值。）因此选择任意一边先压制3等份，测量弧度合格后，再压制对应边3等份，两对应边压制合格后，再依次压制中间部分。此锥体理论共压制57刀，故这次一次成形。（不含校园压制）见图5

三、点焊•焊接

压制成型后，在压力机上即可点焊。一般从小端开始。点焊完成后开始焊接。

四、校园（类似图5）

焊接完成后，锥体对接焊缝边多少有点变形。这时采用垫块压制法。

1）锥体内凸时，垫块夹在上模和锥体内壁内凸处压制可校好。

2）锥体外凸时，垫块斜铁夹在上模和锥体外壁凸处压制即可校好。

五、常见问题及矫正方法

1. 在成型过程中，常遇到以下问题：

1）小端过掩大端间隙大，如图6a

2）上下错口，如图6b

3）扭曲，如图6c

4）大端（或小端）间隙大等

2.原因分析及矫正办法

1）小端过掩大端间隙大是小端局部弧过，大端局部弧欠，从而导致了小端过掩并高出，大端有间隙并外移。采用小端局部放弧，如图6b，大端局部上弧的办法处理，如图6c。

2）上下错口

上下错口与小端过掩大端间隙大相同，采用垫压法解决，

3）产生扭曲的原因是胎具间距不合适或未按锥体的素线方向压制造成的，可以采用换向压弧法进行矫正。如图7

4）小端间隙符合要求，大端间隙过大说明小端弧合适，大端弧欠形成的，采用图8方法从上方压制，直至间隙合适时，点焊加固。如果小端间隙大，还采用此法反向压制。（校圆时要在模具内壁和锥体外壁涂抹石墨粉，以便润滑）。

六、结束语

1：在压制过程中，要时刻观察模具焊接点是否出现裂纹或模具出现异样响声，如有此情况出现，要立即紧急停机并升起上模，根据情况给予加固焊接后方可再次压制。同时禁止压制时，压力猛然增大，模具崩裂现象发生！一般情况，压力要逐渐、均匀增加。

2：此方法适合钢板壁厚8~26㎜，压力机为500T设备，大端（直径≤φ1200mm，因500T压力机压力、几何尺寸受限）和小端直径相差悬殊，而无法采用卷板机直接卷制成形的锥体制作，尽量采用整扇形料压制，原因是分瓣压制后要多次预压板头，且合缝对接和校圆相对复杂一些。（大型压力机也可以参照此法制作较大锥体。）

压制过程中如出现上述问题应按小端过掩、扭曲、上下错口，间隙过大的顺序解决问题。合缝时采用图8的方法，多级收圆，成型后，外观过度圆滑，圆度精度较高。

3：这种工艺方法可以根据需要制作相关模具，压制部分非标设备内件。

4：压制不锈钢材料时，为防止渗碳发生，在上下模具与不锈钢材料接触处，敷设薄不锈钢条隔离与碳钢材料接触。

参考文献：

1、郭建军：关于椎体制造的几个问题[J]中国氯碱，2005年07期。

2、于爱群、张玉书：大直径锥形折边封头制造工艺[J]机械工程师；1989年04期。

3、曲力力、张魁林、高影：水压机压制大直径厚壁锥形封头工艺[J]金属加工，2009年09期。

4、陈博福：折边锥形封头的分瓣冲压成型工艺及模具设计[J]化工设备与管道，2013年02期；23~26。

5、陈博福：折边锥形缩口封头成型工艺及模具设计[J]压力容器，1990年03期。

6、翟洪绪、翟纯皎、翟纯垲：实用铆工读本，化学工业出版社；2009年5月。

论文作者:杨杰

论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期

论文发表时间:2020/1/16

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