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1、 b.b.设计的焊缝位置要符合下列规定设计的焊缝位置要符合下列规定 展展开开零零件件拼拼焊焊时时：焊焊缝缝尽尽量量少少和和短短；封封头头、管管板板拼拼接接时时，公公称称直直径径DgDg不不大大于于2200mm2200mm时时，拼拼接接焊焊缝缝不不多多于于1 1条条，大大于于2200mm2200mm时时拼拼接接焊焊缝缝不不多多于于2 2条条，其拼接形式如下：，其拼接形式如下：国家标准中对排样的规定国家标准中对排样的规定：a.a.筒体要使其周向与钢板轧制方向一致筒体要使其周向与钢板轧制方向一致;当当封封头头由由两两块块或或由由左左右右对对称称的的三三块块钢钢板板拼拼焊焊而成时而成时，焊缝至封头中心
2、的距离焊缝至封头中心的距离 eDeDg g/4/4。封封头头由由瓣瓣片片和和顶顶圆圆板板拼拼制制成成时时，焊焊缝缝方方向向只允许是径向和环向的只允许是径向和环向的。径向焊缝之径向焊缝之间的最小距间的最小距离离h h3 3,且且h100mmh100mm中心顶圆中心顶圆板直径板直径d dD Dg g/2/2筒体焊缝要求筒体焊缝要求每每节节筒筒节节，其其纵纵向向焊焊缝缝数数量量，公公称称直直径径DgDg不不大于大于1800mm1800mm时，拼接焊缝不多于时，拼接焊缝不多于2 2条；条；Dg Dg大于大于1800mm1800mm时拼接焊缝不多于时拼接焊缝不多于3 3条。条。筒体的拼接焊缝，每节筒体纵
3、向焊缝中心线筒体的拼接焊缝，每节筒体纵向焊缝中心线间的弧长不应小于间的弧长不应小于300mm300mm，如图所示；，如图所示；相相邻邻筒筒体体纵纵向向焊焊缝缝，中中心心间间的的弧弧长长不不得得小小于于100mm100mm，如图所示。，如图所示。最短筒节长度不应小于最短筒节长度不应小于300mm300mm。探伤要求探伤要求当当焊焊缝缝需需要要进进行行探探伤伤检检验验时时，要要使使检检验验能能方便可行。方便可行。例例如如，需需要要进进行行超超声声波波检检验验时时，在在焊焊缝缝两两侧侧要留有适当的探头操作移动范围和空间要留有适当的探头操作移动范围和空间。c.c.设备筒体划线方案的确定原则设备筒体划线
4、方案的确定原则 大型零件如大型零件如设备筒体事先要做出设备筒体事先要做出划线方案，划线方案，以便确定下列内容：以便确定下列内容：筒体的筒体的节数节数；筒体的；筒体的装配中心线装配中心线；各；各接管接管位置位置。使之符合使之符合排样排样的有关制造的有关制造规范规范；不会出现在；不会出现在焊缝上开孔焊缝上开孔、焊缝偏于容器一侧等现象。、焊缝偏于容器一侧等现象。先先定定装装配配中中心心线线 装配装配中心线中心线位置不位置不动，从动，从焊缝处焊缝处展开筒展开筒节节对应的接管位置对应的接管位置对应的焊缝位置对应的焊缝位置4.切割下料切割下料 介绍机械切割，氧气切割和等离子切割，要介绍机械切割，氧气切割和
5、等离子切割，要求，掌握各自的特点和适用范围。求，掌握各自的特点和适用范围。钢板机械切割钢板机械切割剪剪板板机机工工作作过过程。程。按剪切刀刃口分成按剪切刀刃口分成平口剪和斜口剪平口剪和斜口剪；按传动方式分按传动方式分机械式和液压式机械式和液压式。板料板料工作台工作台固定下刀口固定下刀口上刀口上刀口压紧器压紧器平口剪平口剪 两两刀刀刃刃平平行行，剪剪切切时时沿沿刀刀刃刃长长度度同同时时进进行行，冲击大冲击大。斜口剪斜口剪 两刀刃成一定夹角，剪切时沿刀刃长度逐渐两刀刃成一定夹角，剪切时沿刀刃长度逐渐进行，冲击小。进行，冲击小。平口剪平口剪斜口剪斜口剪夹夹角角 氧气切割氧气切割氧气切割简称氧气切割简
6、称气割气割，也称也称火焰切割火焰切割。切割时需要切割时需要预热火焰预热火焰和和高速纯氧切割气流高速纯氧切割气流。预热气体预热气体混合气体混合气体(C(C2 2H H2 2+O+O2 2或或CHCH4 4+O+O2 2)切割过程切割过程整个切割过程分为四步整个切割过程分为四步:预热预热混合气体混合气体从喷嘴从喷嘴外周外周喷出；喷出；预预热热火火焰焰把把切切口口处处金金属属(表表层层)加加热至热至燃点燃点。氧化氧化切切割割纯纯氧氧从从喷喷嘴嘴中中心心喷喷出出成成一一细细柱柱状状，把把已已达达到到燃燃点点的的金金属属氧氧化化燃燃烧烧成氧化物成氧化物渣。渣。切割过程切割过程混合气体混合气体预热火焰预热
7、火焰高压纯氧高压纯氧氧化物氧化物吹渣吹渣氧氧化化物物被被高高速速氧氧气气吹吹走走，暴暴露出未熔化露出未熔化的金属。的金属。吹出的渣吹出的渣前进前进 新暴露出来的金属，主要受新暴露出来的金属，主要受金金属的氧化热属的氧化热作用而升温至燃点，继作用而升温至燃点，继续续被氧流氧化燃烧成渣、被吹走，被氧流氧化燃烧成渣、被吹走，直至整个厚度金属被氧化吹通止。直至整个厚度金属被氧化吹通止。此时通孔四壁的金属亦同时被加热至燃点，此时通孔四壁的金属亦同时被加热至燃点，氧气流氧气流按切割方向前进，则成切口。按切割方向前进，则成切口。切割条件切割条件金金属属的的熔熔点点，必必须须高高于于金金属属氧氧化化物物的的熔
8、熔点点，这这样才能使氧化过程不断进行。样才能使氧化过程不断进行。金属的熔点必须高于金属的燃点金属的熔点必须高于金属的燃点。这样才能保证在这样才能保证在固态固态下切割下切割，切口才能达到切口才能达到较高的精度。较高的精度。金属的氧化潜热大金属的氧化潜热大，导热系数低导热系数低。预热火焰对预热火焰对“引燃引燃”切割过程有决定性意义切割过程有决定性意义。但在整个切割过程中需要的但在整个切割过程中需要的热量热量，几乎全是，几乎全是由由氧化过程氧化过程本身提供的本身提供的。低碳钢熔点低碳钢熔点()()：金属：金属15001500 氧化物氧化物1300130015001500高碳钢熔点高碳钢熔点()()：
9、金属：金属130013001400 1400 氧化物氧化物1300130015001500铝熔点铝熔点()()：金属金属658 658 氧化物氧化物20502050铬熔点铬熔点()()：金属金属1550 1550 氧化物氧化物19901990镍熔点镍熔点()()：金属金属1450 1450 氧化物氧化物19901990钛熔点钛熔点()()：金属金属1725 1725 氧化物氧化物18501850各金属氧气切割性能比较各金属氧气切割性能比较（3）等离子切割等离子切割利利用用等等离离子子体体，既既有有高高温温(18000(1800030000K),30000K),又又有有冲力冲力的特性，来熔断材料
10、的技术称等离子切割的特性，来熔断材料的技术称等离子切割。它不受物性限制它不受物性限制，可切可切金属金属也可切也可切非金属非金属。等离子体产生方法等离子体产生方法 电弧作为基础电弧作为基础 电弧电弧是一个制造等离子体的良好基础。是一个制造等离子体的良好基础。温温度度一一般般可可到到600060008000K8000K，故故电电弧弧中中心心也也不一定能达到等离子态。不一定能达到等离子态。压缩电弧压缩电弧采用采用压缩电弧压缩电弧，迫使电弧收细迫使电弧收细，电流密电流密度增加度增加；使使热量更加集中热量更加集中，因而温度显著升高因而温度显著升高；最后导至最后导至全部电离而成等离子体全部电离而成等离子体
11、。电孤受到三种压缩作用电孤受到三种压缩作用机械压缩机械压缩 电电弧弧被被强强制制通通过过喷喷嘴嘴孔孔，其断面必然小于孔径。其断面必然小于孔径。一一般般不不超超过过3mm3mm，故故产产生机械压缩作用。生机械压缩作用。钨极钨极喷嘴喷嘴工件工件喷嘴孔喷嘴孔热压缩热压缩气气流流和和冷冷却却水水在电弧外周冷却在电弧外周冷却；电电弧弧外外表表面面温温度度降降低低，电电弧弧断断面面缩缩小小，中中心心电电流流密密度升高。度升高。最最终终使使电电弧弧断断面比孔径就更细面比孔径就更细。进气进气进水进水出水出水磁压缩磁压缩 在上述三种压缩效在上述三种压缩效应作用下，应作用下，电弧变细电弧变细到到一定程度，就会达到
12、一定程度，就会达到全全部电离部电离的高温而的高温而成等离成等离子体子体。等离子弧的特点等离子弧的特点是是一束细长一束细长、高温高温且有且有高流速高流速的流体。的流体。等离子体的等离子体的功率功率，主要由，主要由电流电流确定确定；其其冲刷力冲刷力，则决定于，则决定于气流速度气流速度。喷嘴通入的气体喷嘴通入的气体:多多通通入入氮氮气气。它它是是双双原原子子气气体体，要要求求电电源源电电压压较较高高，对对维维持持等等离离子子体体长长度度和和加加热热被被切切金金属属方方面有利。面有利。等离子体的类型等离子体的类型按按照照喷喷嘴嘴上上电电源源接接法法不不同同，把把等等离离子子体体分分成三种成三种，如图。
13、如图。转移型转移型非转移型非转移型混合型混合型等离子切割技术的特点等离子切割技术的特点 它是通过它是通过一束细长一束细长、高温高温且且高速高速的流体的加的流体的加热和冲击切割。故它不受物性限制，热和冲击切割。故它不受物性限制，能能切割任何切割任何材料，材料，可切可切金属金属也可切也可切非金属非金属；由于由于等离子切割的成本是目前设备制造用到等离子切割的成本是目前设备制造用到的几种切割方法中的几种切割方法中最贵最贵的一种的一种，主要用于气割无主要用于气割无法应用的法应用的不锈钢、铝、铜不锈钢、铝、铜等工件等工件。第三节第三节 筒节的弯卷成形筒节的弯卷成形基本要求：基本要求：1.1.掌握钢板弯卷掌
14、握钢板弯卷变形率变形率的计算以及临界变形率、的计算以及临界变形率、最小冷弯半径的要求；最小冷弯半径的要求；2.2.了解限制钢板冷弯变形率的相关标准；了解限制钢板冷弯变形率的相关标准；3.3.熟悉钢板弯卷工艺及常用设备。熟悉钢板弯卷工艺及常用设备。3.1.1冷卷成型冷卷成型 根据筒节根据筒节卷圆成形卷圆成形时时，是否是否加热加热以及以及加热加热的的温度高低，分为：温度高低，分为：冷卷成型、热卷成型、温卷成型。冷卷成型、热卷成型、温卷成型。冷卷成型冷卷成型通常是在室温下成型、不需要加通常是在室温下成型、不需要加热设备。热设备。特点是：成型过程特点是：成型过程不产生氧化皮不产生氧化皮，操作，操作工艺
15、工艺简单简单且且方便方便操作操作,费用低。费用低。钢板冷卷的变形率钢板冷卷的变形率冷卷冷卷变形率计算变形率计算注意：注意：弯卷前后，弯卷前后，中面层长度不变中面层长度不变；但但沿钢板厚度方向，沿钢板厚度方向，钢板钢板塑性变形塑性变形程度程度是是变化的变化的；外侧伸长外侧伸长，内侧缩短。内侧缩短。按外侧相对伸长量计算变形率为按外侧相对伸长量计算变形率为:(Dw Dm)/Dm100100/Dm100 结论结论 钢板越厚、筒节的钢板越厚、筒节的弯卷半径越小，则变形弯卷半径越小，则变形率越大。率越大。变形率概念变形率概念冷冷弯弯变变形形率率达达到到临临界界变变形形率率，材材料料在在随随后后热热切切割割
16、、焊焊接接或或热热处处理理时时，将将产产生生粗粗大大的的再再结结晶晶晶晶粒粒。钢材的理论临界变形率范围为钢材的理论临界变形率范围为5%5%10%10%。实际变形率要求实际变形率要求应应小小于于理理论论临临界界变变形形率率，否否则则后后续续热热加加工工过过程，会降低力学性能。程，会降低力学性能。实际生产中，要求实际生产中，要求 5%5%，一般控制在，一般控制在2.5%2.5%3%3%。HG 20584-1998HG 20584-1998钢制化工容器制造技术要钢制化工容器制造技术要求中规定求中规定：碳素钢、碳素钢、16MnR 3%16MnR 3%；其他低合金钢其他低合金钢 2.5%2.5%；18-
17、8 18-8钢钢 15%15%。最小冷弯半径最小冷弯半径R Rminmin 由由公公式式 /Dm Dm 100100 2.5%2.5%3%3%可可以看出：以看出：在在实实际际卷卷圆圆时时，钢钢板板厚厚度度是是已已知知的的，用用半径半径代替代替，更容易操作，也，更容易操作，也更为直观更为直观。最小冷弯半径最小冷弯半径R Rminmin计算计算 16MnR 16MnR钢钢：（/Dm/Dm）100100 3%3%、（/R/R）100100 6%,6%,则有：则有：R Rminmin=16.7=16.7 低合金钢低合金钢：R Rmimmim=20=20 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢：R Rminmin=3
18、.3=3.3 钢钢板板冷冷弯弯卷卷制制筒筒节节时时,筒筒节节的的半半径径要要大大于于或或等等于最小冷弯半径。于最小冷弯半径。3.1.23.1.2 热卷成型热卷成型概念：概念：是在再结晶温度以上成型。是在再结晶温度以上成型。特点特点：热热卷卷筒筒节节时时温温度度高高、塑塑性性好好、易易于于成成形形，不产生硬化。不产生硬化。合理的合理的加热温度。加热温度。一一般般取取90090011001100，成成型型终终止止温温度度不不低低于于800,800,对普通低合金钢对普通低合金钢要注意缓冷。要注意缓冷。应控制加热速度。应控制加热速度。加热速度快加热速度快：加热时间短，内外温差大，容易出现缺陷；加热时间
19、短，内外温差大，容易出现缺陷；加热速度慢加热速度慢：加加热热时时间间长长，增增加加钢钢材材与与炉炉内内氧氧化化性性气气体体H H2 2O O、COCO2 2、O O2 2等等反反应应，产产生生氧氧化化、脱脱碳碳等等现现象象；氧氧化化皮皮直直接影响成型（麻点和压坑接影响成型（麻点和压坑）。）。3.1.3温卷成型温卷成型概概念念：钢钢板板加加热热到到500500600600进进行行的的弯弯卷卷，由由于于是是在在钢钢材材的的再再结结晶晶温温度度以以下下，因因此此其其实实质质仍仍属属于于冷卷冷卷，但它具备热卷的一些特点。但它具备热卷的一些特点。冷冷加加工工硬硬化化明明显显减减轻轻、塑塑性性和和韧韧性性
20、大大为为提提高高，减轻卷板机工作负担；减轻卷板机工作负担；同时克服钢板的氧化、脱碳等现象。同时克服钢板的氧化、脱碳等现象。3.2筒节卷圆设备筒节卷圆设备 3.2.13.2.1对称式三辊卷板机对称式三辊卷板机1、特点、特点结结构构简简单单、紧紧凑凑，两两下下辊辊可可设设计计得得很很近近，重量轻重量轻，易于制造和维修易于制造和维修；最最大大缺缺点点是是在在所所卷卷筒筒节节纵纵向向接接缝缝处处的的两两板板头头产生直边。产生直边。2、直边的产生原因、直边的产生原因 在卷圆过程中，在卷圆过程中，两板头不可能通过最大两板头不可能通过最大弯矩弯矩e e e e处，使两板头形成处，使两板头形成直边直边。直边长
21、度直边长度 两下辊间距的一半两下辊间距的一半3 3、克服直边的方法、克服直边的方法 预弯方法预弯方法液压机上预弯液压机上预弯上模上模下模下模卷板机预弯卷板机预弯弧形弧形垫板垫板板坯板坯板坯板坯 预留直边预留直边4、上辊总下压量、上辊总下压量h h的计算的计算(R+r(R+r2 2)2 2(R-r(R-r1 1+h)+h)2 2=h=(R+rh=(R+r2 2)2 2(L/2)(L/2)2 2 1/21/2 (R-r(R-r1 1)(L/2)(L/2)2 2+第第4 4节节 封头整体冲压成形封头整体冲压成形1.1.掌握成形过程掌握成形过程应力应力、应变应变特点及特点及应力应力、变形变形对对成型过
22、程成型过程的影响的影响;2.2.掌握整体冲压封头的一般工艺问题掌握整体冲压封头的一般工艺问题冷冲、冷冲、热冲的选择；防止折皱的方法热冲的选择；防止折皱的方法;3.3.熟悉冲压力的计算熟悉冲压力的计算;4.4.掌握模具主要参数的设计计算。掌握模具主要参数的设计计算。封头的基本加工方法封头的基本加工方法 冲压成形冲压成形(整体，分片整体，分片)旋压成形旋压成形椭圆，球形，大尺寸。椭圆，球形，大尺寸。滚压成形滚压成形锥形锥形 爆炸法爆炸法摸索阶段，安全问题。摸索阶段，安全问题。4.1冲冲 压压 封封头过程头过程4.1.1冲冲压压机机结构。结构。机座机座下模座下模座立柱立柱导柱导柱下模下模上模上模料板
23、料板压料圈压料圈滑动横梁滑动横梁液压缸液压缸4.1冲压过程冲压过程装料装料 将将封封头头毛毛坯坯对对中中放放在在下模下模上上；压边圈压紧坯料压边圈压紧坯料 开开动动水水压压机机，液液压压缸缸推推动动上上模模、压压边边圈圈向向下下移移动动；压压边边圈圈首首先先与与毛毛坯坯接接触并触并压紧坯料压紧坯料。毛坯毛坯压边圈压边圈下模下模上模上模弯曲、胀形弯曲、胀形当当凸凸模模下下降降与与料料坯坯接接触触时时，下下模模弯弯角角处处料料坯坯开开始始弯弯曲曲，凸凸模模底底部部少少量量料料坯坯承承受受全全部部变变形形力，并开始产生胀形。力，并开始产生胀形。胀形、胀形、拉伸拉伸随随着着胀胀形形变变形形区区的的扩扩
24、大大，冲冲压压力力增增大大，同同时时法法兰兰部部分分料料坯开始流动，产生料拉伸变形。坯开始流动，产生料拉伸变形。成型成型毛毛坯坯完完全全通通过过下下模模后后，封头封头成成型型；脱模脱模上上模模上上移移，打打料料杆杆将将包在上模上的封头脱下。包在上模上的封头脱下。上上述述冲冲压压过过程程称称为为一一次成形冲压过程次成形冲压过程。打料杆打料杆脱模脱模 以上过程可知，以上过程可知，封头冲压属于拉延过程。封头冲压属于拉延过程。4.2冲压过程冲压过程的应力和变形的应力和变形分析在冲压过程中，典型位置应力状态和变分析在冲压过程中，典型位置应力状态和变形各有其特点：形各有其特点：法兰法兰A A部分部分下模圆
25、角下模圆角部分部分B B间隙间隙处处C C底部底部D D边缘边缘A A部分部分 a a 上上模模压压力力P使使微微元元在在径径向向受受拉拉伸伸应应力力r，直直接接产产生生两两个个效效果果：微微元元产产生生经经向向拉拉伸伸应应变变，坯坯料料径径向向弧弧长长拉拉长长；微元微元整体向整体向中心流动中心流动，使坯料，使坯料外圆周长减小外圆周长减小。b随随着着坯坯料料直直径径减减小小，边边缘缘金金属属沿沿切切向向收收缩缩，产产生生切（周）向切（周）向压缩应力压缩应力t；c压边圈压边圈在板厚方向施加压应力在板厚方向施加压应力n。Artn4.2.1典型位置典型位置应力变形特点应力变形特点注意注意切切向向压压
26、缩缩应应力力会会使使毛毛坯坯边边缘缘增增厚厚，也也有有可能使毛坯可能使毛坯边缘边缘丧失稳定而产生折皱丧失稳定而产生折皱；为了避免产生为了避免产生折皱折皱，常用，常用压边圈将边缘压紧压边圈将边缘压紧；故：毛坯边缘材料常常处于故：毛坯边缘材料常常处于三向应力状态三向应力状态下模圆角下模圆角B B处应力变形特点处应力变形特点取微元取微元 a a 上上模模压压力力P P使使微微元元受受径径向向拉拉伸伸应应力力r r，微微元元本本身身径向拉长径向拉长；微元整体向微元整体向中心流动中心流动。b b 微微元元整整体体向向中中心心流流动动过过程程中中，周周向向相相邻邻微微元元间间产产生生切向压缩应力切向压缩应
27、力t t；Brt C C 微元本身受到弯曲而产生弯曲应力。微元本身受到弯曲而产生弯曲应力。r 间隙间隙C C处应力变形特点处应力变形特点取微元取微元 a a 微微元元整整体体向向中中心心流流动动，仍仍受受经经向向拉拉伸伸应应力力r r；向向中心流动中心流动过程中该处周长减小，过程中该处周长减小，存在切向压缩应力存在切向压缩应力t t；b b 板板厚厚方方向向已已不不受受力力，处处于于自自由由状状态态，但但有有切切向向压压缩缩应应力力，薄壁封头在此处容易失稳，薄壁封头在此处容易失稳起皱起皱。Ct 底部底部D D处处有有较较小小的的伸伸长长变变形形（胀胀形形），厚厚度度略略有有减减薄。故薄。故经向
28、经向和和切向切向都受到都受到较小拉应力较小拉应力；注意注意：该处曲率半径越小，拉应力相应越大，：该处曲率半径越小，拉应力相应越大，拉薄程度大。拉薄程度大。如球形封头该处减薄量大于标准椭圆封头。如球形封头该处减薄量大于标准椭圆封头。D4.2.2应力定性分析计算应力定性分析计算最大最大径向拉应力定性分析径向拉应力定性分析 要解决两个问题：要解决两个问题：一一是是成成型型过过程程何何时时拉拉应应力最大（需最大冲压力）；力最大（需最大冲压力）；二二是是影影响响最最大大径径向向拉拉应应力力的因素。的因素。此时，坯料此时，坯料上表面上表面完全包完全包住住上模柱面以上模柱面以下的区域。下的区域。实践证明，实
29、践证明，坯料坯料下表面完下表面完全包住全包住下模圆下模圆角时角时；此时径此时径向拉应力达到向拉应力达到最大值最大值。a a 成型过程何时拉应力最大（需最大冲压力）成型过程何时拉应力最大（需最大冲压力）料坯圆料坯圆周刚开始向周刚开始向中心流动。中心流动。b b 影响最大影响最大径向拉应力径向拉应力的因素。的因素。毛坯直径、封头直径；毛坯直径、封头直径；金属的金属的变形抗力、硬化程度；变形抗力、硬化程度；摩擦力；摩擦力；弯曲力等弯曲力等因素有关。因素有关。热冲压热冲压时最大径向拉应力的计算公式时最大径向拉应力的计算公式封头中径封头中径毛坯外毛坯外径径中性层弯曲中性层弯曲半径半径r+r+/2/2摩擦
30、系数摩擦系数钢热变形时取钢热变形时取0.30.30.40.4；热冲压热冲压时拉应力的计算公式时拉应力的计算公式分析分析摩擦力引起的应力摩擦力引起的应力a a 由由毛坯与压边圈毛坯与压边圈间的摩擦力引起；间的摩擦力引起；b b 由由毛坯与下模间毛坯与下模间的摩擦力引起。的摩擦力引起。料坯本身的变形料坯本身的变形抗力引起的应力抗力引起的应力圆角弯曲引圆角弯曲引起的应力起的应力 切向应力定性分析计算切向应力定性分析计算冲压封头时，在冲压封头时，在法兰法兰区域将产生很大的区域将产生很大的切切向压缩应力向压缩应力，其其坯料各位置坯料各位置切向应力切向应力计算公式计算公式如下：如下：毛坯毛坯外径外径计算计
31、算X X处的处的毛坯直径毛坯直径结论结论：最大切向压应力在坯料的最外缘。最大切向压应力在坯料的最外缘。最大切向压应力大小最大切向压应力大小s s。法兰圆周压缩量法兰圆周压缩量L=(DL=(D。D Dm m)；定性分析定性分析半球封头半球封头与与标准椭圆形封头标准椭圆形封头的工艺性的工艺性 相相同同公公称称直直径径时时，半半球球封封头头的的周周边边压压缩缩量量比比标标准准椭椭圆圆形形封封头头大大，冲冲压压过过程程压压缩缩量量大大，容容易易产产生生褶褶皱皱等等缺缺陷陷，即即冲压工艺性较差；冲压工艺性较差；半球半球封头底部曲率大，成型过程拉应力大，减薄量大。封头底部曲率大，成型过程拉应力大，减薄量大
32、。4.3 4.3 应力和变形对成型过程的影响应力和变形对成型过程的影响4.3.1 4.3.1 应力对成型过程的影响应力对成型过程的影响 径向拉应力的大小对成形过程的影响径向拉应力的大小对成形过程的影响 径向拉应力主要由料坯本身的变形抗力、毛径向拉应力主要由料坯本身的变形抗力、毛坯与压边圈坯与压边圈间的摩擦力、间的摩擦力、毛坯与下模间毛坯与下模间的摩擦力的摩擦力引起。引起。模具不当（圆角小等），所需的径向拉应力模具不当（圆角小等），所需的径向拉应力变大，容易产生多种缺陷。变大，容易产生多种缺陷。极限情况，当所需极限情况，当所需径向拉应力径向拉应力=b b时，拉裂。时，拉裂。切向压应力对成形过程的
33、影响切向压应力对成形过程的影响工工件件较较薄薄、模模具具不不当当（模模具具间间隙隙）、工工艺艺不不当当（润润滑滑、压压边边），就就会会在在切切向向应应力力作作用用下下,丧失稳定而产生折皱。丧失稳定而产生折皱。折皱是冲压封头中常见的缺陷。折皱是冲压封头中常见的缺陷。4.3.2 4.3.2 料坯的料坯的变形情况变形情况对成型过程的影响对成型过程的影响 料料向中心流动向中心流动，形成封头；，形成封头；少量料少量料向外流动向外流动，外周边粗糙；，外周边粗糙；当当主主变变形形区区（法法兰兰）、自自由由变变形形区区变变形形不不当当，容易产生失稳变形，严重缺陷。容易产生失稳变形，严重缺陷。鼓包鼓包：金属局部
34、：金属局部纤维的变形量纤维的变形量大于大于其他部位其他部位引起的。引起的。例：例：a a 毛坯毛坯焊缝焊缝的余高，会的余高，会因摩擦因摩擦等原因产生等原因产生较大的较大的拉应力拉应力，使局部的金属产生较大的伸长而鼓包。，使局部的金属产生较大的伸长而鼓包。b b 毛坯毛坯局部温度高于局部温度高于其他部位，此处其他部位，此处金属变形抗力金属变形抗力小小，在相同拉应力作用下，金属纤维将，在相同拉应力作用下，金属纤维将产生较大的伸长产生较大的伸长而而鼓包。鼓包。4.3.3 4.3.3 影响折皱产生的影响折皱产生的封头几何封头几何因素因素相对厚度相对厚度/D/Dm m /D/Dm m越越小小，坯坯料料边
35、边缘缘的的稳稳定定性性越越差差；在在压压应应力力作作用用下下，容容易易丧丧失失稳稳定定而而起起皱皱。（相相当当于于压压杆杆稳定）稳定）毛坯位置毛坯位置 毛坯边缘毛坯边缘切向应力大，切向应力大，容易丧容易丧失稳定而起皱的可能性就大失稳定而起皱的可能性就大。折皱的产生还与下列因素有关：折皱的产生还与下列因素有关：毛坯加热毛坯加热温度的均匀性；温度的均匀性；封头是否有焊缝；封头是否有焊缝；模具间隙大小和均匀性；模具间隙大小和均匀性；下模圆角大小；圆角大，自由变形区增大，容下模圆角大小；圆角大，自由变形区增大，容易失稳；易失稳；润滑情况，润滑好，有利于金属均匀流动，可润滑情况，润滑好，有利于金属均匀流
36、动，可避免由于受力不均、变形不均而产生的折皱和鼓避免由于受力不均、变形不均而产生的折皱和鼓包。包。4.3.44.3.4压边条件压边条件采采用用压压边边圈圈可可以以防防止止折折皱皱的的产产生生，理理由由如如下下有有下列两点：下列两点：它它使使毛毛坯坯法法兰兰只只能能在在压压边边圈圈与与下下模模间间滑滑动动，相当增加了稳定性；相当增加了稳定性；压压边边圈圈产产生生的的摩摩擦擦力力，有有利利于于经经向向拉拉应应力力均均匀，防止封头鼓包的产生。匀，防止封头鼓包的产生。采用压边圈的条件采用压边圈的条件主要决定主要决定于于D D0 0、D Dn n与与的关系的关系，也与各制造厂的生也与各制造厂的生产工艺和
37、经验有关。产工艺和经验有关。折皱准数折皱准数:(D:(D0 0D Dn n)/)/由由折皱准数确定的折皱准数确定的压边压边的条件如下：的条件如下：a热冲压标准椭圆形封头的条件：热冲压标准椭圆形封头的条件：（D D0 0D Dn n）18182020当当D D0 04004001200mm1200mm时：（时：（D D0 0DnDn）20 20当当D D0 04004001200mm1200mm时：（时：（D D0 0DnDn）19 19当当D D0 04004001200mm1200mm时：（时：（D D0 0DnDn）18 18b b 球形封头热冲压采用压边圈的条件球形封头热冲压采用压边圈的
38、条件 D D0 0D Dn n(14(1415)15)C C 平顶封头热冲压采用压边圈的条件平顶封头热冲压采用压边圈的条件 D D0 0D Dn n(21(2122)22)压边圈压力分析压边圈压力分析压压边边力力过过大大，增增大大了了摩摩擦擦力力，即即增增大大了了拉拉应应力力，会使封头拉薄会使封头拉薄，甚至拉裂甚至拉裂；压边力过小压边力过小，则不能防止折皱的产生。则不能防止折皱的产生。根根据据分分析析和和试试验验，不不产产生生折折皱皱的的最最适适宜宜的的压压边边力力应应是是一一个个变变值值（应应随随冲冲压压过过程程的的进进行行而而逐逐渐渐加大加大）。）。它它应应故故要要求求设设计计一一个个特特
39、殊殊液液压压或或气气动动装装置置，使使压力压力能按要求作相应的变化。能按要求作相应的变化。由由于于其其他他压压边边圈圈结结构构复复杂杂，目目前前生生产产中中大大多采用多采用固定压边力固定压边力的的压边圈压边圈。在这种情况下在这种情况下，压边力选取原则是：压边力选取原则是：取取保证不起折皱的最低压力值。保证不起折皱的最低压力值。冷冲：冷冲：l 径径向向拉拉应应力力小小(厚厚度度小小，塑塑性性好好，硬硬化化不不明明显显)；如如20R20R、16MnR16MnR一般一般55；l 设备能力许可；设备能力许可；l 18188 8钢尽量冷冲（薄板），厚板只能热冲；钢尽量冷冲（薄板），厚板只能热冲；l 铝材
40、用冷冲。铝材用冷冲。4.44.4冲压封头的工艺问题冲压封头的工艺问题4.4.14.4.14.4.14.4.1一般工艺问题一般工艺问题一般工艺问题一般工艺问题 冷冲和热冲冷冲和热冲冷冲和热冲冷冲和热冲圆角处有很大的接触应力，产生严重摩擦和磨损。圆角处有很大的接触应力，产生严重摩擦和磨损。润滑方法：润滑方法：冷冲用冷冲用油油或或脂脂；热冲用热冲用石墨粉石墨粉或或二硫化钼二硫化钼机油机油调配。调配。依据依据D D0 0，选择冷冲或热冲选择冷冲或热冲 防折皱、鼓包防折皱、鼓包防折皱、鼓包防折皱、鼓包 润滑润滑润滑润滑热冲加热热冲加热热冲加热热冲加热 96011007501050850950115090
41、0890920880910870900 加热温度：若高，加热温度：若高，降低冲压力和有利于钢板变形；降低冲压力和有利于钢板变形；温度过高温度过高,会使钢材的晶粒显著长大会使钢材的晶粒显著长大,甚至形成过热组织甚至形成过热组织,使钢材的塑性和韧性降低。使钢材的塑性和韧性降低。严重时会产生过烧组织。严重时会产生过烧组织。4.5 4.5 冲压后封头壁厚变化冲压后封头壁厚变化球形封头底部，冲压过程一直球形封头底部，冲压过程一直受拉应力，减薄量最大受拉应力，减薄量最大直边和靠近直边部分，冲压时直边和靠近直边部分，冲压时切向压应力大切向压应力大，壁厚增加；且，壁厚增加；且越接近边缘，增加壁厚越大。越接近边
42、缘，增加壁厚越大。直边和靠近直边部分，直边和靠近直边部分，冲压时冲压时切向压应力大切向压应力大，壁厚增加；且越接近壁厚增加；且越接近边缘，增加壁厚越大。边缘，增加壁厚越大。标准椭圆封头底部，标准椭圆封头底部，与球形封头比较，冲与球形封头比较，冲压过程一直受较小的压过程一直受较小的拉应力，减薄量较小拉应力，减薄量较小此处有弯曲、胀形、拉延，此处有弯曲、胀形、拉延，且拉应力最大，壁厚减薄且拉应力最大，壁厚减薄量最大量最大4.5 4.5 封头的旋压成形封头的旋压成形 适用于大型封头的制造。适用于大型封头的制造。目目前前采采用用旋旋压压成成形形法法制制造造大大型型封封头头已已成成为为主主要要方法。方法
43、。4.5.14.5.1旋压成形的特点旋压成形的特点 适适合合制制造造尺尺寸寸大大、壁壁薄薄的的大大型型封封头头，目目前前已已制制造造5000mm5000mm、7000mm7000mm、10000mm,10000mm,甚甚至至20000mm20000mm的超大型封头；的超大型封头；旋压机比水压机轻巧，制造相同尺寸的旋压机比水压机轻巧，制造相同尺寸的封头，比水压机约轻封头，比水压机约轻2.52.5倍倍 ；旋压模具比冲压模具简单旋压模具比冲压模具简单、尺寸小、成本低；、尺寸小、成本低；适于单件小批生产适于单件小批生产；不易产生不易产生减薄和折皱减薄和折皱，封头成形质量好；封头成形质量好；不不适适宜宜
44、厚厚壁壁小小直直径径，若若旋旋压压成成形形，比比较较麻麻烦烦，不如冲压成形简单不如冲压成形简单；旋压过程旋压过程较慢较慢，生产率低于冲压成形。生产率低于冲压成形。若用冷旋压，对容易硬化的材料需消除硬化若用冷旋压，对容易硬化的材料需消除硬化热处理。热处理。4.5.2 4.5.2 旋压成形的方法旋压成形的方法分类：分类：按按使使用用的的主主要要设设备备情情况况，分分为为单单机机旋旋压压法法、联机旋压法。联机旋压法。单单机机旋旋压压法法在在旋旋压压机机上上一一次次完完成成封封头头的的旋压成形过程。旋压成形过程。联联机机旋旋压压法法分分别别用用压压鼓鼓机机和和旋旋压压机机对对封封头头料坯先压鼓后翻边的
45、成型方法。料坯先压鼓后翻边的成型方法。简单介绍简单介绍单机旋压法单机旋压法。根据根据模具模具使用情况使用情况单机旋压法单机旋压法可分为：可分为：有模有模旋压法、旋压法、无模无模旋压法、旋压法、冲旋冲旋联合法联合法。第第5 5节节 管子的弯曲管子的弯曲 5.1 5.1 管子弯曲应力分析和变形量计算管子弯曲应力分析和变形量计算5.1.15.1.1应力应力和变形和变形分析（自由弯曲）分析（自由弯曲）管子外侧壁管子外侧壁管子在管子在弯矩弯矩M M作用下作用下，轴线外轴线外侧管壁侧管壁受拉应力受拉应力；随着变形率的增大，拉力逐随着变形率的增大，拉力逐渐增大，管壁可能渐增大，管壁可能减薄减薄、严重严重时可
46、产生微裂纹时可产生微裂纹；管子内侧壁管子内侧壁 严重时可使严重时可使管壁管壁失稳产生失稳产生内折皱内折皱 受压应力受压应力作用，管壁可作用，管壁可能能增厚增厚管子横截面变形管子横截面变形 在在N Nl l与与N N2 2作用下，管子作用下，管子横截面变形横截面变形；自由弯曲时自由弯曲时，变形将近，变形将近似为椭圆形；似为椭圆形；半半圆圆槽槽内内弯弯曲曲，内内侧侧基基本本上上保保持持半半圆形圆形外侧变扁。外侧变扁。影响影响弯管缺陷产生的主要因素弯管缺陷产生的主要因素a相对弯曲半径相对弯曲半径R/dR/dw w，它表示弯曲程度。，它表示弯曲程度。由由：变形率：变形率 d dw w/(2R)100/
47、(2R)100 管子外径管子外径d dw w越大，弯曲半径越大，弯曲半径R R越小，越小，内、外内、外侧的变形率越大侧的变形率越大。b相对弯曲壁厚相对弯曲壁厚/d/dw w 表示弯曲表示弯曲横截面横截面的稳定性；的稳定性；壁厚越小，管子直径越大，壁厚越小，管子直径越大，弯曲横截面的弯曲横截面的稳定性越差，越容易失稳。稳定性越差，越容易失稳。实实际际生生产产中中控控制制管管子子弯弯曲曲变变形形率率的的主主要要方方式式是控制管子的是控制管子的弯曲半径。弯曲半径。弯弯曲曲半半径径有有关关规规定定，对对一一般般受受压压10MPa的的管管子子，如如换换热热器器U U形形弯弯管管段段的的弯弯曲曲半半径径R
48、R 2d2dw w；常用换热器的最小弯曲半径常用换热器的最小弯曲半径Rmin如下表：如下表：5.1.2 5.1.2 管子变形率的控制管子变形率的控制 管子与管板连接管子与管板连接连接方式有：连接方式有：胀接胀接、焊接焊接和和胀焊胀焊连接。连接。胀接过程：胀接过程：胀管器插入到需要胀接的胀管器插入到需要胀接的管口内管口内；加机械力或液压力加机械力或液压力，使，使管端管端胀大产生胀大产生塑性变形塑性变形，管板孔管板孔产生产生弹性变形弹性变形；退出胀管器，管板孔退出胀管器，管板孔弹性变形恢复弹性变形恢复，使管子与管使管子与管板孔板孔接触表面接触表面上产生很大的上产生很大的挤压力并紧密结合挤压力并紧密
49、结合；达到了密封又能抗拉脱力。达到了密封又能抗拉脱力。前胀后，管子直径前胀后，管子直径增大，管板孔直径增大。增大，管板孔直径增大。胀接前管板胀接前管板胀接前管子胀接前管子胀管率胀管率 就就是是管管子子、管管板板的的变变形形率率；就就要要控控制制合合理理的的胀管率，保证胀接质量。胀管率，保证胀接质量。胀管率的计算胀管率的计算 推荐两种计算方法：推荐两种计算方法：管子内径增大率管子内径增大率K K；管子壁厚减薄率管子壁厚减薄率W W。计算胀管率需要测量的数据计算胀管率需要测量的数据测量测量管板孔径管板孔径D D测量胀接前管测量胀接前管子外径子外径dw测量胀接前管测量胀接前管子内径子内径d1测量胀接
50、后的测量胀接后的管子内径管子内径 d2计算胀管率的公式计算胀管率的公式管子内径增大率管子内径增大率K=(dK=(d2 2d dl l)(D(Dd dw w)D 100%D 100%管子壁厚管子壁厚减薄率减薄率 W=(d W=(d2 2d dl l)(D(Dd dw w)2 100%2 100%胀管率的合理值胀管率的合理值它与胀接接头的它与胀接接头的形式形式、管子的管子的规格规格及及材质材质、管板尺寸管板尺寸、材质材质等有关等有关，不宜做不宜做统一统一要求。要求。例如：例如：20钢，钢，252.5mm钢管胀接钢管胀接取取内径增大率内径增大率K=0.8%1.6%,相当于相当于壁厚减薄率壁厚减薄率W