某型復(fù)合板厚壁橢圓形封頭整體一次沖壓成形

文/許建華·張家港化工機械股份有限公司

某型復(fù)合板厚壁橢圓形封頭整體一次沖壓成形

文/許建華·張家港化工機械股份有限公司

目前，張家港化工為國內(nèi)外壓制直徑最大、厚度最厚、一次成形標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，并獲得許多寶貴經(jīng)驗。為此，有關(guān)方面組織相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員對該封頭的壓制工藝、工裝模具、溫度控制等進行研究探索，并取得成功。

設(shè)備與材料

材料

SA516-70N＋SA240-304L、橢圓形封頭主要參數(shù)及要求（見圖1）、模具設(shè)計圖（見圖2）。

設(shè)備

(1)2.5萬t油壓機主要參數(shù)：主缸最大工作壓力1.76萬t；壓邊缸最大工作壓力；0.74萬t；頂出缸最大工作壓力360t；設(shè)計最大工作壓力320kg/cm2；四立柱左右間距8200mm；四立柱前后間距6000mm；活動橫梁開啟高度8100mm；活動工作臺面9000mm×8100mm；雙主缸有效行程4000mm；壓邊缸有效行程2800mm。

(2)臺車式加熱爐相關(guān)參數(shù)及配置：爐膛長9000mm；進深寬9200mm；高度3000mm；有效行程8500mm；天燃氣燃燒；高速噴嘴；微機控制；全自動點火裝置。

封頭坯料尺寸

橢圓封頭的沖壓成形是一個坯料拉伸過程，通過壓制拉伸塑性變形貼緊模具而成形，封頭在小R處容易減薄，端口易增厚，其次中心邊緣易減薄，為了保證設(shè)計要求的許用壁厚為（146+5）mm，由于產(chǎn)品直段部分增厚適當(dāng)放大80mm容易成形，所以坯料尺寸厚度增加6mm，在計算產(chǎn)品表面積理論展開尺寸∶

圖1 橢圓形封頭主要參數(shù)及要求

圖2 模具設(shè)計

因考慮封頭在壓制過程中，通過加熱、拉伸、壓制、減薄等因素，所以一般經(jīng)驗公式∶

再加加工余量80mm

展開下料直徑φ=7600+80=7680mm

壓制沖壓力計算

正確地計算封頭沖壓力，是選擇壓力機設(shè)備能力和模具設(shè)計強度必需基本參數(shù)及要求。但是影響封頭沖壓力大小的因素甚多，例如∶坯料在各種溫度下的機械性能，在沖壓時都在起變化，沖壓時的壓力與模具間隙有很大關(guān)系，模具表面光潔度、下模入口角R大小等各種參數(shù)以及操作的原因等等。

壓制成形

在壓封頭之前準(zhǔn)備工作比較多，設(shè)備完好包括行車、起吊工具、加熱爐、壓機液壓電器系統(tǒng)，模具定位靠山、上下模具間隙，上模潤滑劑等一切就緒完好才能進行操作。

φ6100×152＋6復(fù)合板封頭笫一件壓制從爐門打開到壓制脫模用7min，其中壓制沖壓過程3min，根據(jù)紅外線測溫儀測量，成形脫模終壓溫度855℃，沖壓力14MPa、6250t。第二件用6.5min，沖壓力13MPa、6000t不到，終壓溫度860℃。

這次壓制成形后的2件封頭幾何尺寸完全符合技術(shù)要求，成形形狀良好，表面光滑，成形后封頭最小厚度146.3mm，減薄量5%左右。封頭端口156mm增厚4mm，封頭橢圓度最大10mm，質(zhì)量要求完全符合我國封頭標(biāo)準(zhǔn)和ASME標(biāo)準(zhǔn)。

沖壓力（P）計算

其中：1/k=Db/D中=7860/6258=1.23

μ-摩擦系數(shù)

2007年淮河大水期間，溫家寶總理親臨濛洼蓄洪區(qū)慰問，給當(dāng)?shù)厝罕姌O大的精神鼓勵。洪水過后，有關(guān)部門按照 《蓄滯洪區(qū)運用補償暫行辦法》的規(guī)定，迅速開展了損失登記、核查及補償資金的發(fā)放工作。在補償工作中，各級政府堅持公開、公正、公平的原則，做到補償政策和標(biāo)準(zhǔn)、損失財產(chǎn)實物量、分戶損失價值、分戶補償金額等“四公示”。2007年淮河大水影響人口67.5萬人，共計發(fā)放補償資金4.65億元，既保證了行蓄洪順利實施，又使群眾的利益得到了保護。

k-拉伸系數(shù)

S-坯料厚度

Db-坯料直徑

D中-封頭中徑

950°C時，σb=50.89MPa×0.101972≈5.19kg/mm2

900°C時，P=1.23×3.14×6258×158（7860/6258-1）×7.58≈7237t

950°C時，P=1.23×3.14×6258×158（7860/6258-1）×5.19≈4955t

從計算結(jié)果中可以看出，在壓制封頭過程中，板料出爐溫度在900～950°C變化時，經(jīng)計算封頭壓制沖壓力為4955～7237t之間。理論計算的沖壓力比實際操作的壓制沖壓力一般要大20%左右。

圖3 出爐

圖4 壓機操作

圖5 產(chǎn)品

封頭坯料加熱溫度

圖6 壓制成形后的封頭尺寸

圖7 加熱工藝曲線

金屬材料的厚板材在壓制沖壓時，一般通過加熱到一定溫度的方法來提高材料塑性變形，降低材料變形的抗力。但是溫度過高，會使金屬材料的晶粒度發(fā)生變化，降低材料的原始機械性能。如加熱溫度過低會使材料塑性降低，抗變形能力差，會發(fā)生斷裂或產(chǎn)生部分裂縫。加熱燃料一般采用煤氣或天然氣。

臺車式加熱爐，對加熱爐的要求∶爐膛要有足夠的空間，封頭坯料位置不能離燒嘴太近，避免坯料邊緣過燒，其次爐膛溫度溫差在±12℃，要有足夠高度，坯料板與板之間隔空一定高度。因在封頭壓制沖壓過程中金屬材料會產(chǎn)生復(fù)雜的塑性變形，如板面積超大工件溫度不均，對產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。

因此制定了以上的加熱工藝，SA516Cg-70材料相當(dāng)于低碳鋼，加熱溫度一般控制在950℃左右為宜，最終做消應(yīng)力退火熱處理，得到很好的效果。

結(jié)束語

通過這次壓制φ6100×152+6橢圓形封頭，使我們在厚壁封頭的工藝及模具設(shè)計方面積累了經(jīng)驗。為我們今后大型厚壁封頭制造提供了理論上的依據(jù)。