大直徑中厚封頭的冷壓新工藝

文/劉樹喜，梁庭玉·北京順大封頭制造有限公司

大直徑中厚封頭的冷壓新工藝

文/劉樹喜，梁庭玉·北京順大封頭制造有限公司

劉樹喜，工程師，主要從事小直徑、大直徑封頭及超厚封頭的生產工藝和工裝設備的研發及公司日常管理工作。

我單位在近幾年的生產過程中，經常承接鋼鐵、化工行業使用的混風爐、熱風爐、中高壓容器所使用的大直徑（4～10m）、中等厚度（30～100mm）、各種材質（Q345R、不銹鋼復合板、普通碳素鋼）、各種形狀（球形、C形彎、S形彎、鼓形、多曲率旋轉殼體、橢圓形、碟形）的封頭和壓制件。在為業務單位提供合格、滿意產品的過程中，我們摸索出一套壓制上述產品的冷壓工藝。本文就大型壓制件的壓制工藝實施過程中應注意的專業技術問題進行探討，推廣應用于其他同類壓制件的專業化生產，以降低生產成本，提高產品質量。

冷壓新工藝與其他壓制工藝的對比

隨著大型鋼鐵、化工企業對大直徑、中厚壓制件和封頭的需求增多，及用戶為了后續施工的順利進行，對材料內在質量和壓制件幾何尺寸的控制越來越嚴格，對生產成本、工期的要求也越來越苛刻。

現將我們公司采用的這種冷壓新工藝與其他壓制工藝相對比，結果見表1。

由表1可知，采用分片冷壓工藝能提高液壓機的成形能力，減少模具成本，提高鋼材的利用率，降低鋼板的加熱損耗，并較好地控制壓制件的幾何精度，從而大大地降低壓制件的沖壓成本，所以應為壓制此類壓制件的最佳選擇。

■ 表1 分片冷壓與其他壓制工藝的技術、經濟性對比

冷壓新工藝的工藝流程

冷壓新工藝的工藝流程：根據圖紙計算下料尺寸→排版→訂軋鋼板，鋼板入廠檢查→無損檢測→冷沖壓壓制→尺寸、樣板間隙檢查→校形→立體樣板劃線→專用切割工裝切割→坡口無損檢測→二次校形→在專用平臺組對→測量幾何尺寸→預熱焊縫→焊接→無損檢測→整體熱處理→車坡口→尺寸檢查→焊接支撐→噴涂→客戶驗收→交庫→運輸。

冷壓工藝的控制要點

冷壓模具的選用與壓制件的曲率控制

冷壓模具上沖模具可根據壓制件的曲率并考慮材料的回彈量，采用球殼板壓制用模具或者專用壓制模具，有時可根據壓制件的尺寸利用封頭熱壓模具或者打鼓模的上沖頭，都能達到很好的壓制效果。控制模具上沖頭外徑在1.4～1.9m之間，下模座可采用組合模具，這樣就可以使球殼板模具、冷旋機壓制模具、封頭的熱沖壓模具互換使用，提高模具使用率，從而大大地降低模具費用，實際分到壓制件的模具費用很低。但是前提條件是控制壓制件的各個方向的曲率符合要求，用曲率間隙樣板檢查其數值應控制在3mm之內，否則組對的幾何尺寸就不能得到保證，特別是大型的壓制件到組對時特別困難，極容易發生強力組裝。

冷壓封頭料片的立體劃線與切割工裝

由于封頭行業所使用的產品基本屬于旋轉殼體和球形殼體，對上述殼體進行分片壓制，其分片的幾何尺寸涉及空間解析幾何的問題，尤其是橢圓形封頭的曲率是函數中的雙曲線，推導其分瓣的每邊上點的幾何尺寸的公式極為繁瑣，使用性受到很大的限制。但通過計算機中三維作圖功能，切割出每種分瓣的立體模型，再通過作圖軟件中所帶的測量功能將所需的幾何尺寸直接測出，由于作圖軟件的尺寸精度可以控制，因此可將測量結果的精度控制在需要的范圍內，并可對整個工藝過程編程，使其操作簡便。劃線的方法主要根據三點可以確定一條曲線的原理，首先在分片上確定出切割點，切割點一般選擇兩個端點和中點，同時劃出與之對應的三個檢查點，避免切割錯誤和幾何尺寸的測量、檢查。切割工裝模具根據分瓣板邊的特征分為經向和緯向切割軌道，切割時，將曲率合格的料片凹面朝上放在專用平臺上，然后用軌道對準切割點切割，使用雙割炬一次切割出雙面坡口。

高強度鋼在冷壓工藝中出現的問題及解決方案

高強度鋼在冷壓球片過程中會出現中心部位減薄嚴重、邊緣部位減薄小、鋼板出現冷作硬化、表面應力集中等現象，經過查找資料和進行試驗，掌握坯料的減薄規律，將板厚作為Y軸，半徑為X軸，減薄曲線為X2=-2.66×105（Y-4.8）。加工坯料時，可按此曲線規律將坯料加工出曲線，即將坯料減薄區域預留等于減薄量的厚度，將坯料增厚區域除去增厚量的厚度。為了消除應力可預先采用低溫退火熱處理的工藝措施。成形過程壓力控制范圍：預壓時，中心打鼓壓力為14～20MPa；整形時，中心打鼓壓力為14～16MPa。

工程實例

我單位通過應用此分片冷壓工藝已經在2008年成功承擔了張家港沙鋼中區改造高爐主體及熱風爐工程（直徑11m，厚度38mm，材質SB450M)三套高爐，2012年承擔印度塔塔鋼鐵公司熱風爐、混風爐項目（熱風爐直徑9140mm，混風爐直徑5600mm，爐殼主體材質為A516Gr70，主要厚度為：55mm、50mm、45mm、40mm） 三套。通過我單位對高爐產品的制作，經本單位、用戶單位、監理單位聯合檢查，以及施工單位的施工效果，上述工程均一次檢驗合格，工程順利交工。

結束語

在當前各個企業千方百計降低生產成本、人力資源成本居高不下，世界能源緊缺的情況下，分片冷壓工藝更具經濟價值和社會效益，對貫徹國家節能減排意義重大，值得生產廠家與用戶在制造過程中推廣與使用。

為了更好地滿足用戶的以上要求，一切為用戶著想，我們根據本廠設備和模具情況，將大型球罐中球殼板壓制工藝和封頭壓制工藝相結合，采用計算機控制壓制件的每一步的幾何尺寸，在加工過程中采用工程測量的先進手段和專用切割工裝，最終得到滿意的產品。