过程设备制造与检测课程设计指导书第五章(2)

常用的矫正方法有手工矫形、机械矫形和火焰加热矫形三种。 划线

划线是在原材料或经初加工坯料上划出下料线、加工线、各种位置线和检查

线等、划线工序通常包括对零件的展开计算，号料和打标记等一系列操作。 椭圆形形封头坯料厚度

考虑热冲压时球形封头减薄量可达12%，取坯料厚度103mm。 封头的展开计算

将零件的空间曲面展成平面称为展图，是划线的主要工作环节。 椭圆形封头毛坯尺寸计算，根据经验法进行计算： 相关尺寸：Dm=Dg+ Dg=3600mm =90mm 直边段h=50mm

展开直径D0=1.19Dm+2h=4384mm(包含加工余量)。

所以，内径3600mm椭圆形封头整体展开尺寸为直径4384mm，厚度90mm，由标准钢板的规格限制以及展开计算可以得知，需要三块钢板， 因此采用拼焊缝技术。

上封头过渡层堆焊完毕检验合格后整体做消除应力热处理。 坯料的拼接

φ3600mm半球形封头展开尺寸直径为φ4384mm。采用三张板拼成一个封头坯料，见图4-1。

采用热冲压，毛坯厚度应加上减薄量。减薄量是按该企业经验最大减薄量12%。

采用埋弧自动焊，坡口为双U形，见图4-2.预热100℃，焊丝H10MnSi、焊剂SJ101。

焊后及时消氢处理，300~350℃,2h。100%UT、100%MT，一级合格

图4-1 拼料示意图

图4-2 坯料拼焊及焊接顺序

号料

将展开图正式画在钢板上的作业称为号料，号料时应注意以下问题： ①

划线余量

展开得到的尺寸称A展，划线时还应考虑以后加工过程的加工余量，故划线尺寸A划为

A划=A展+△割+△加+△收

式中△割——切割余量，与切割方法有关，一般为2-3mm； △加——边缘加工余量，与加工方法有关，一般为5mm；

△ 收——焊缝收缩量，与材料、焊接方法、工件长度、焊缝长度等有关。 ② 排样

或零件在钢材上如何排列对钢材的利用率影响很大，应尽可能紧凑的排列，充分利用钢板。封头的拼接焊缝应满足以下要求:

a: 封头、管板的拼接焊缝数量，公称直径Dg不大于2200mm时，拼接焊缝不多于1条；Dg大于2200mm时拼接焊缝不多于2条。

b: 封头各种不相交的拼焊焊缝中心线间距至少应为封头钢材厚度的三倍，而且不小于100mm。封头由成形的瓣片和顶圆板拼制成时，焊缝方向只允许是径向和环向的。 打标记

划线完成后，为保证加工尺寸精度及防止下料尺寸模糊不清等，在切割线、刨边线、开孔中心及装配线等处均匀打上冲眼，用油漆标明标号、产品工号和材料标记移植等，以指导切割，成型，组焊等后续工序的进行。 切割

按照所划的切割线从原材料上切割下零件毛坯，该工序称为切割，常用方法有机械切割（锯床、圆盘剪板机等），热切割（氧气切割、等离子切割等）。 边缘加工：首先，按照划线切割余量，消除切割时边缘可能产生的加工硬化、裂纹、热影响区及其他切割缺陷；其次，根据图样规定，加工各种形式，尺寸的坡口，通常加工方法有手工加工，机械加工，热切割加工 成型

封头的冲压方式选择

δ/Do×100=90/4384×100≥0.5故用热冲压。见表4-4

表4-4 封头冷热冲压与相对厚度之间的关系

从降低冲压力和有利于钢板变形考虑，加热温度可高些。但温度过高会使钢材的晶粒显著长大，甚至形成过热组织，使钢材的塑性和韧性降低。严重时会产生过烧组织，毛坯冲压可能发生碎裂。

封头整体热冲压的加热如图4-3所示。其中900~1000℃是最佳冲压温度。

图4-3 热冲压封头加热工艺曲线

计算冲压力

计算冲压力时影响因素较多，且冲压过程是变化的较复杂，目前计算冲压力常用下面公式：

P=CK∏ (D0-Dw)S§

C——压边力影响系数，无压边力C=1，有压边力C=1.2； K——封头形状影响系数，球形封头K=1.25-1.35 D0——封头外径，mm

对于椭圆形封头，压边条件D0-Dn≥(18-20)S,因为4384-3600=3.7S，故不采用压边圈，故取C=1.0，椭圆形封头取K=1.3,查《化工设备用钢》表9-19，封头材料SA516-70+316Lmod，厚度90mm,750℃时抗拉强度§为520MPa

P=CK∏ (D0-Dw)S§=1×1.3×3.14×【4384-（3600+90×2）】×90×520=115.4t 封头的冲压成型通常是在50-8000t水压机或油压机上进行，此处选择120t的水压机。 模具设计

上模（冲头）其结构及主要设计参数 1 上模直径Dsm

根据封头内径Dn和热冲压的收缩率ψ或冷冲压的回弹率ψ计算，材料为

16MnR

Dsm= Dn（1±ψ）=3600 （1±0.9%）=3567.6-3632.4 取3620mm 2 上模曲面部分高度

Hsm=hn(1+φ)=h2(1+φ)=1750(1±0.9%)=1734-1765 mm 取1750mm 3 模直边高度H0

H1—封头高度修边余量，一般为15-40mm,取H1=25 mm H2—卸料板厚度，一般为40-80mm，取H2=55 mm H3—保险余量，一般为40-100mm，取H3=55mm 所以，H= h+ H1+ H2+ H3=50+25+55+55=185 mm 4 上模上部分直径Dsm、 Dsm=Dsm+(2-3) mm=3623 mm 5 上模壁厚S

当水压机吨位小于等于400 t时，S=30-40 mm，取S=35 mm 下模（冲环）其结构及主要设计参数 1 上下模间隙a附加值z

——

、

热冲压时，z=（0.1-0.2）S=0.18×90=16.2 mm，此处取较大值。

a=S+ z=90+16.2=106.2 mm Dxm= Dsm+2a+δm

2 模内径Dxm

Sm——下模制造公差，取Sm=2 mm Dxm=3620+2×106.2+2=3834.4mm 3 模圆角半径r

根据经验选取，不采用压边圈时，r=(4-6)S（mm）=5×90=450 mm 4 模直边高度h1

h1=（40-70）mm，取h1=50 mm 5 模总高度h

h=（100-250）mm，取h=200 mm 6 下模外径D1

D1= Dxm+（200-400）mm=(4034.4-4234.4)mm

7 下模座

外径D应大于毛坯直径D0，（4384mm），高度H= h+（60-100）mm 下口内径D2应比与之配套的最大壁厚封头的下模内径Dxm大（5-10）mm

封头冲压及其应力分析、典型缺陷分析

椭圆形封头采用厚板在水压机上整体冲压成形，关键条件是有合适吨位、开档、行程的水压机和相应的工装模具，高温加热炉以及合理的冲压工艺。将毛坯对中放在下模（冲环）上，然后开动水压机使活动横梁空程向下，当压边圈与毛坯接触后，开动压边缸将毛坯的边缘压紧，接着上模（冲头）空程下降，当与毛坯接触时，开动主缸使上模向下冲压，对毛坯进行拉伸，至毛坯完全通过下模后，封头便冲压成形。最后开动提升缸和回程缸，将上模和压边圈向上提起，与此同时用脱模装置将包在上模上的封头脱下，并将封头从下模支座中取出，冲压过程即告结束。

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