封頭的成型

1、7.2 封頭的成形,7.2.1 封頭的沖壓成形,(一)封頭沖壓工藝簡(jiǎn)述,檢查,,,,,,,,,材料檢驗(yàn),劃線,氣割,坡口加工,（ 組對(duì)焊接）,加熱,沖壓,封頭余量切割,常用的成形方法：沖壓成形、旋壓成形、爆炸成形,7.2 封頭的成形,劃線,e≤1/4 Dg d3s 且≥100mm,7.2 封頭的成形,劃線,當(dāng)封頭由兩塊或由左右對(duì)稱的三塊鋼板拼焊而成時(shí)，對(duì)稱焊縫至封頭中心的距離應(yīng)小于Dg/4；

2、當(dāng)封頭由瓣片和頂圓拼焊而成時(shí)，焊縫方向只允許是徑向和環(huán)向的，徑向焊縫之間的最小距離應(yīng)大于3s且不小于100mm，中心頂圓板直徑應(yīng)小于Dg/2。,7.2 封頭的成形,加 熱,封頭沖壓加熱一般是快速加熱，即把爐溫升到1050℃左右裝料，達(dá)始鍛溫度以后，保溫一段時(shí)間（長(zhǎng)短和材料有關(guān)）一般是1-1.5min/mm,碳鋼取下限，普低鋼取上限，見(jiàn)表7—7。,沖壓過(guò)程簡(jiǎn)述,,,封頭的沖壓過(guò)程1.活動(dòng)橫梁2.壓邊圈3.上模（沖頭）4

3、.毛坯5.下模（沖環(huán)）6.脫模裝置,2.6.2 整體沖壓成形原理,沖壓過(guò)程：,,,壓邊圈,下模,擋塊,沖壓過(guò)程簡(jiǎn)述,沖壓時(shí)，為了降低坯料與模具之間的摩擦力，大都在下模的表面涂以潤(rùn)滑劑。據(jù)經(jīng)驗(yàn)碳鋼：40%石墨+60%機(jī)油；不銹鋼55%石墨+45%機(jī)油。,沖壓過(guò)程簡(jiǎn)述,（二）封頭沖壓時(shí)的應(yīng)力和變形,應(yīng)力狀態(tài)和變形,1.,（二）封頭沖壓時(shí)的應(yīng)力和變形,A處：平法蘭部分,（二）封頭沖壓時(shí)的應(yīng)力和變形,B處：下模圓角處,（二）封頭沖壓

4、時(shí)的應(yīng)力和變形,C處：沖頭與下模間的空隙處,（二）封頭沖壓時(shí)的應(yīng)力和變形,D處：封頭底部,（二）封頭沖壓時(shí)的應(yīng)力和變形,沖壓時(shí)，沖頭將坯料中心部分壓入下模，中心點(diǎn) o附近的坯料 處于兩向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，切向拉應(yīng)力隨著距 o點(diǎn)距離的增加而減小，到某一直徑為零，然后變成壓力。,（二）封頭沖壓時(shí)的應(yīng)力和變形,由于坯料的連續(xù)性，中心部位的拉伸位移將沖頭的作用力傳至坯料的平法蘭部分，使其產(chǎn)生足以發(fā)生拉伸變形的徑向力σr，平法蘭在σr的作用下向

5、中心移動(dòng)，逐漸進(jìn)入沖頭和下模的間隙，成為橢圓面和直邊。由于圓環(huán)面在向中心移動(dòng)時(shí)圓周方向的尺寸逐漸減小，這時(shí)相鄰部分的金屬互相作用產(chǎn)生環(huán)向壓縮力σt。,（二）封頭沖壓時(shí)的應(yīng)力和變形,在沖壓的過(guò)程中，坯料的徑向拉伸是至始直終的；而環(huán)向的變形則隨到中心的距離而變化，使得坯料厚度發(fā)生變化。究竟是減薄還是增厚，取決于σr和σt的比例關(guān)系。,（二）封頭沖壓時(shí)的應(yīng)力和變形,2.徑向應(yīng)力分析,當(dāng)坯料完全報(bào)裹下模圓角時(shí)，σr達(dá)最大值。,,（二）封頭

6、沖壓時(shí)的應(yīng)力和變形,3.切向壓縮應(yīng)力的影響及折皺的產(chǎn)生,平法蘭部分產(chǎn)生的切向壓縮力σt的理論計(jì)算式為：,,最大環(huán)向應(yīng)力在坯料的最外緣。壓縮量(坯料外緣)。封頭越深，毛坯直徑越大，壓縮量就越大。,,此壓縮量可能向三個(gè)方向流動(dòng):增加邊緣厚度；拉伸時(shí)向中心流動(dòng)，以補(bǔ)充徑向拉??；向外自由伸長(zhǎng)。,3.切向壓縮應(yīng)力的影響及折皺的產(chǎn)生,1.影響折皺產(chǎn)生的主要因素是D0/δ和切向應(yīng)力σt的大小。 D0/δ值越小，坯料的剛度越好，坯料邊緣的穩(wěn)定性

7、越 好，不易起皺。,2.在D0/δ一定的條件下，（D0- Dm）值越大（封頭越 深），越容易起皺。,3.折皺的產(chǎn)生還和坯料的加熱溫度高低及均勻性有關(guān)。,4.坯料是否有焊縫，焊高是否合適及對(duì)口錯(cuò)變量是否合 要求。,5.沖頭與下模的間隙大小及均勻性。,6.下模圓角大小和潤(rùn)滑情況有關(guān)。,3.切向壓縮應(yīng)力的影響及折皺的產(chǎn)生,封頭產(chǎn)生折皺的危害：1.很難通過(guò)上下模之間的間隙，因而容易使坯料產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力而被拉斷。

8、2.有時(shí)即使有皺折的坯料拉過(guò)了下模，影響封頭的質(zhì)量。行之有效的方法是采用壓邊法。,4. 壓邊力,碳鋼和普通低合金鋼當(dāng)D0- Dm≤20δ或Dm≤90δ（標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭）時(shí)，可以不壓邊，否則必須壓邊。不產(chǎn)生折皺的最佳壓邊力是一個(gè)變值 壓邊力的計(jì)算公式見(jiàn)187頁(yè)7-27到7-30。,5. 沖壓力的計(jì)算,沖頭的總壓力按下式計(jì)算一般C=1.6-2.0，有壓邊無(wú)潤(rùn)滑時(shí)取上限。,,,5. 沖壓力的計(jì)算,對(duì)于碳鋼

9、 δ≤18mm，取700℃的σb作計(jì)算依據(jù)；20≤δ≤25時(shí)，取750℃的σb作計(jì)算依據(jù)； δ≥26mm時(shí)，取800℃的σb作計(jì)算依據(jù)。對(duì)于不銹鋼取850℃的σb作計(jì)算依據(jù)。,,（三）薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓,1.薄壁封頭的沖壓,一般是指D0- Dm≥45δ的封頭,20δ<D0- Dm<45δ時(shí)，可以用壓邊法沖壓，質(zhì)量有保證。,D0- Dm≤20δ,（三）薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓,(1) 兩次或三次成型

10、沖壓,（三）薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓,(1) 兩次或三次成型沖壓,坯料失穩(wěn)最危險(xiǎn)的時(shí)刻是Dc增大到恰好等于坯料上切應(yīng)力σt等于零的直徑時(shí)。,（三）薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓,(2) 有間隙壓邊法,這種壓邊力變化規(guī)律與最佳壓邊力的變化規(guī)律非常接近,間隙的大小要適當(dāng)，間隙推薦值見(jiàn)表7-11。,（三）薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓,(3) 帶坎（筋）拉伸、反拉伸成形法,（三）薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓,(3) 帶坎（筋）拉伸、反拉伸

11、成形法,在不增加壓邊力的前提下，增大徑向拉應(yīng)力，剛度增加，變性抗力增加；使封頭和板料的接觸半徑增大，減小危險(xiǎn)段的寬度和環(huán)向壓力值,拉伸比D0/ Dm越大，越容易起皺,（三）薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓,(4) 夾板成形法,只用于鈦等貴金屬,（三）薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓,2. 厚壁封頭的沖壓,D0- Dm<6δ的叫厚壁封頭,變形后邊緣變得特別厚，通過(guò)下模圓角時(shí)的阻力特別大,（三）薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓,,2. 厚壁封頭的沖壓,

12、（三）薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓,,2. 厚壁封頭的沖壓,（三）薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓,,2. 厚壁封頭的沖壓,分瓣沖壓,坯料直徑大于沖壓機(jī)開(kāi)擋；沖壓力超過(guò)沖壓機(jī)噸位；封頭直徑大，壁薄，整體沖壓容易起皺。,（三）薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓,3. 雙金屬板（復(fù)合板）封頭的沖壓,對(duì)于這類鋼板沖壓時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)有以下幾點(diǎn)：,加熱時(shí)，兩層金屬的熱脹系數(shù)不同；,高溫下兩種金屬的變形抗力不同，所以流動(dòng)特點(diǎn)不同；,高溫下金屬的活動(dòng)能量增加，

13、兩種金屬會(huì)互相滲透；,高溫性質(zhì)不同。,(四) 封頭沖壓模具,δ： 當(dāng)壓機(jī)噸位≤400噸時(shí)δ=30-40mm 當(dāng)壓機(jī)噸位≥1500噸時(shí)δ=70-80mm,a.上模（沖頭）結(jié)構(gòu)及主要設(shè)計(jì)參數(shù),Dsm,D`sm,Ho,Hsm,,,,,(四) 封頭沖壓模具,b.下模（沖環(huán)）結(jié)構(gòu)及主要設(shè)計(jì)參數(shù),上下模具的間隙 :a,下模內(nèi)徑 ：,,(四) 封頭沖壓模具,b.下模（沖環(huán)）結(jié)構(gòu)及主要設(shè)計(jì)參數(shù),下模圓角半徑：r,,,根據(jù)

14、經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)采用壓邊圈時(shí)，r=（2-3）δ；當(dāng)不采用壓邊圈時(shí)，r=（4-6）δ,r1=80-150mm；r2=(3-4)δ；α=30º-40º,(四) 封頭沖壓模具,b.下模（沖環(huán)）結(jié)構(gòu)及主要設(shè)計(jì)參數(shù),下模直邊高度：h1=(40-70)mm,下?？偢叨龋篽=(100-250)mm,,下模外徑:D1=Dxm+(200-400),D D0；H；D2 Dxm,(四) 封頭沖壓模具,c.壓邊圈結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)參

15、數(shù),內(nèi)徑：,,,外徑：,,,,厚度：,思考題,簡(jiǎn)述封頭沖壓過(guò)程中坯料各點(diǎn)的受力情況。分析封頭沖壓時(shí)徑向應(yīng)力的作用和影響。分析封頭沖壓時(shí)切向應(yīng)力的作用和影響。簡(jiǎn)述薄壁封頭和厚壁封頭的沖壓工藝。,7.2.2 封頭的旋壓成形,（1）旋壓成形的特點(diǎn),使毛坯旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，用簡(jiǎn)單的工具使毛坯逐漸變形，成為所需零件形狀 。,工具簡(jiǎn)單，省工時(shí)；,金屬的變形速度小，無(wú)減薄和增厚現(xiàn)象，無(wú)折皺；,屬于冷加工無(wú)氧化和燒損現(xiàn)象 ；,占地少，重量輕。,

16、7.2.2 封頭的旋壓成形,不足之處：,1. 屬于冷加工，對(duì)于有些鋼材需要焊后熱處理，以 消除冷加工硬化的影響。,生產(chǎn)率低。,7.2.2 封頭的旋壓成形,（2）旋壓成型的方法,a.單機(jī)旋壓法：,將壓鼓與翻邊在一臺(tái)旋壓機(jī)上一次完成 。,最常用的有聯(lián)機(jī)法和單機(jī)法兩種,b.聯(lián)機(jī)旋壓法,將封頭成型過(guò)程分為壓鼓與翻邊兩個(gè)獨(dú)立過(guò)程。,7.2.2 封頭的旋壓成形,a.單機(jī)旋壓 之 有模旋壓法,7.2.2 封頭的旋壓成形,a.單機(jī)旋壓

17、之無(wú)模旋壓法,7.2.2 封頭的旋壓成形,a.單機(jī)旋壓 之沖旋聯(lián)合法,7.2.2 封頭的旋壓成形,b.聯(lián)機(jī)旋壓,目前國(guó)內(nèi)外冷成形大中型容器封頭，最經(jīng)濟(jì)合理的方法，就是兩步法(壓鼓—翻邊法)成型。,所謂“兩步法”是指封頭的拱頂部分(相應(yīng)于封頭母線上的大弧段)與其側(cè)邊(相應(yīng)于封頭母線上的小弧段與直邊段) 的形成，分別在壓鼓機(jī)與旋壓翻邊機(jī)兩臺(tái)設(shè)備上完成。,1.油壓缸 2.上胎 3.導(dǎo)輥 4.導(dǎo)輥架 5.

18、絲桿 6.手輪 7.導(dǎo)輥 8.驅(qū)動(dòng)輥 9.電機(jī) 10.減速箱 11. 壓力桿 12. 毛坯,,,1.上轉(zhuǎn)筒 2.下轉(zhuǎn)筒 3.主軸 4.底座 5.內(nèi)旋輥 6. 內(nèi)輥水平軸 7.內(nèi)輥垂直軸 8.加熱爐 9.外旋輥 10. 外輥水平軸 11.外輥垂直軸,7.2.3 封頭的爆炸成形,鄭哲敏

19、爆炸力學(xué)、應(yīng)用力學(xué)和振動(dòng)專家。原籍浙江鄞縣，生于山東濟(jì)南。1947年獲清華大學(xué)學(xué)士學(xué)位。1949年、1952年分別獲美國(guó)加州理工學(xué)院碩士、博士學(xué)位。中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所研究員。早期從事彈性力學(xué)、水彈性力學(xué)、振動(dòng)及地震工程力學(xué)研究。1960年開(kāi)始爆炸力學(xué)研究、地下核爆炸和穿破甲等方面的應(yīng)用以及金屬板爆炸復(fù)合與應(yīng)用。提出了慣性模，開(kāi)展了模具強(qiáng)度、自由成形、爆炸成形材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、爆炸載荷等方面的理論和實(shí)驗(yàn)研究工作，取得了重要成果。同時(shí)解

20、決了成形參數(shù)與工藝問(wèn)題，開(kāi)辟了力學(xué)與工藝相結(jié)合的“工藝力學(xué)”的新方向，為爆炸成形工藝在我國(guó)的建立和推廣應(yīng)用做出了貢獻(xiàn)。 1980年當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士。,7.2.3 封頭的爆炸成形,它是利用炸藥爆炸時(shí)釋放的巨大能量，使瞬時(shí) 產(chǎn)生的巨大爆炸力通過(guò)介質(zhì)（水或砂子）傳到鋼上，使鋼板高速通過(guò)下模。鋼板因高速變形產(chǎn)生的摩擦熱而升到高溫，處于一種超塑流體狀態(tài)，在模

21、具或環(huán)境的作用下發(fā)生彎曲變形和塑性流動(dòng)而成型。,,（10-6s）,7.2.3 封頭的爆炸成形,為什么爆炸成形法能使鋼板在炸藥爆炸的瞬時(shí)，承受巨大的壓力，并在沒(méi)有沖頭的情況下通過(guò)下模成形，而且一般不產(chǎn)生折皺和鼓包 ？,1.變形速度快,2.各方向壓力均勻,,7.2.3 封頭的爆炸成形,模具尺寸 按（7-52）確定。炸藥性能及用量 用量和毛坯的尺寸相關(guān)，可通過(guò)p198頁(yè)方法確定。藥包的形狀及放置高度 橢圓形封頭常