薄壁鋁合金封頭沖壓成形的加工工藝

蔣健 王初榮

摘 要：鋁合金封頭是石油化工，原子能，食品制藥等諸多行業(yè)壓力容器設(shè)備中不可缺少的重要部件，是壓力容器上的端蓋是壓力容器的一個主要承壓部件。鋁合金封頭的質(zhì)量直接關(guān)系到壓力容器的長期可靠安全運(yùn)行。文章主要對客戶來料加工制作的薄壁鋁合金封頭，淺談薄壁鋁合金封頭的沖壓加工工藝過程。

關(guān)鍵詞：鋁合金封頭；沖壓；墊板

現(xiàn)我公司按客戶要求來料制作鋁合金封頭EHA2000mm、數(shù)量2個、材質(zhì)5052、投料板厚5mm、成形后最小板厚4.3mm、直邊高度25mm、外周長6315（-3～+6）mm、成形后消應(yīng)力退火、制造標(biāo)準(zhǔn)GB/T25198-2010[2]。

1 鋁合金封頭的加工方法

沖壓：適應(yīng)大批量生產(chǎn)，需制作相應(yīng)模具，但成形質(zhì)量好，材料減薄少，實(shí)際成形形狀和理論要求形狀誤差較少，尤其適用封頭容器內(nèi)部需安裝其他部件的加工工藝。

2 鋁合金封頭的加工設(shè)備

（1）加熱設(shè)備：電爐，鋁合金封頭的加熱多采用電爐，加熱電爐要求保溫性能良好，升溫降溫可控，爐膛內(nèi)氣氛呈弱氧化性，爐膛內(nèi)各部位溫度均勻，而且電爐應(yīng)定期校核，保證爐膛內(nèi)各部位實(shí)測溫差在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，加熱電爐應(yīng)配置自動控溫測溫裝置和溫度記錄儀。

（2）壓機(jī)：雙向油壓機(jī)，按客戶要求鋁合金封頭EHA2000*5（4.3）=2 H=25材質(zhì)5052由于封頭直徑大，壁薄，成形時極易產(chǎn)生鼓包和減薄，為保證封頭形狀和成形后封頭最小板厚制作此封頭是必須采用墊板，墊板厚度10mm。如圖1所示。

5052材料化學(xué)成分和機(jī)械性能，如表1所示。

3 加工工藝

鋁板整形、焊縫打磨、PT[6]+清洗、鋁板熱處理+墊板拋光、加墊板予沖+成形+清洗、熱處理+坡口、研磨坡口+清洗+檢驗(yàn)、入庫。

根據(jù)制作工藝要求此規(guī)格鋁合金封頭要求圓片下料直徑2380，通常下料的板材標(biāo)準(zhǔn)寬度只有1500，由于寬度不夠，需要下2塊料，最后進(jìn)行拼接（客戶焊接）。在板料焊接后，若鋁合金圓片不平整就進(jìn)行壓制，壓制時會出現(xiàn)很多不穩(wěn)定因素，尤其在焊縫角變形位置容易產(chǎn)生材料失穩(wěn)產(chǎn)生鼓包，所以鋁合金圓片有焊接角變形需先把鋁合金圓片修整水平。為消除材料焊接表面缺陷和消除影響沖壓制作的焊縫余高，焊縫需打磨處理并PT，先用粗砂輪打磨，盡快去除焊縫余高，再用80目砂輪拋光為做PT做準(zhǔn)備，注意焊縫須雙面打磨且不能低于母材，打磨、拋光完成后，在焊縫位置做PT，發(fā)現(xiàn)有不合格位置須進(jìn)行修補(bǔ)，直至合格，修補(bǔ)位置也須重新打磨后拋光，若鋁合金圓片上有劃傷也須進(jìn)行拋光處理。

焊接圓片因焊縫位置材料力學(xué)性能不均勻且留有焊接應(yīng)力，沖壓制作時在焊縫位置極易產(chǎn)生鼓包甚至焊縫開裂，為消除焊縫材料力學(xué)性能不均勻性和焊接應(yīng)力的影響，需在沖壓前對鋁合金圓片進(jìn)行消應(yīng)力熱處理，鋁合金材料的熱處理前必須用工業(yè)洗潔精清洗干凈，防止材料表面污物在熱處理高溫狀態(tài)時污染材料表面甚至影響材料性能，而且熱處理時必須采用電爐加熱（升溫速度<150℃/小時、加熱溫度340℃～360℃、保溫25分鐘、后隨爐冷卻）。

按以前成熟沖壓工藝，沖壓EHA2000*10碳鋼封頭，板厚減薄率大概在11%左右。此規(guī)格封頭，板厚/直徑=5/2000、減薄率=（5-4.3）/5=0.14屬于薄壁鋁合金封頭，且板厚要求較高，在制作過程中為防止材料失穩(wěn)產(chǎn)生鼓包需增加壓邊力，這樣材料延伸就會增加封頭最小板厚就無法保證，如果成形后最小板厚達(dá)不到要求，就會直接導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，所以在制作過程中要采用墊板（墊板板厚=10mm、墊板尺寸和鋁合金圓片一樣大），墊板采用普通碳鋼材料，在壓制過程中鋁合金板料上面有上模壓住，下面有墊板墊著鋁合金板料就不會失穩(wěn)。為防止普通碳鋼板料表面缺陷對鋁合金板料表面質(zhì)量的影響，與鋁合金板料接觸的碳鋼板料面需進(jìn)行拋光處理，拋光時碳鋼板料表面缺陷須充分清除干凈。同時采用予沖壓方式，予沖壓時選用標(biāo)準(zhǔn)上模和小號下模成形封頭大圓弧（墊板和鋁合金圓片一起成形），再換下模和成形封頭小圓弧，最后取出封頭墊板用合適下模最終成形鋁合金封頭。在沖壓成形過程中，工件的拿放都采用真空吸盤，防止在制作過程中產(chǎn)生劃傷。沖壓成形過程中壓邊力參照成形碳鋼EHA2000*10的壓邊參數(shù)，主缸控制下壓行程，時刻注意壓制情況，不能在予成形過程中因主缸壓力過大，下壓深度太深在封頭小圓弧位置留下壓痕。成形完鋁合金封頭后，選用適配模具修整墊板封頭，到合格尺寸，留作庫存。鋁合金封頭成形后進(jìn)行消應(yīng)力熱處理，熱處理前需用工業(yè)洗潔精把封頭表面油污清洗干凈，熱處理工藝同上。最后鋁合金封頭按客戶高度要求坡口、研磨坡口至客戶要求尺寸，用工業(yè)洗潔精清洗鋁合金封頭，晾干后檢查所有尺寸并做好記錄保存鋁合金封頭入庫。

根據(jù)九州封頭鍛造有限公司的實(shí)際制作證明，采用上述沖壓工藝成形的薄壁鋁合金封頭，所有尺寸都達(dá)到了客戶要求，尤其是封頭形狀和最小板厚的控制更大大優(yōu)于客戶的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]GB150-2011.壓力容器[S].

[2]GB/T25198-2010.壓力容器封頭[S].

[3]JB/T4724-2002.鋁制焊接容器[S].

[4]TSG R0004-2009.固定式壓力容器技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[5]TSG R0004-2009.固定式壓力容器技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[6]JB/T4730.5.承壓設(shè)備無損檢測第5部分：滲透檢測[S].

作者簡介：蔣健：男（1975，4-），漢族，籍貫：江蘇無錫，現(xiàn)助理工程師，大專學(xué)歷。

王初榮（1987，3-），男，漢族，籍貫：江蘇無錫，現(xiàn)助理工程師，本科學(xué)歷。