塔器設(shè)備人孔吊環(huán)壓制模具設(shè)計(jì)

張旭峰，張正棠

塔器設(shè)備人孔吊環(huán)壓制模具設(shè)計(jì)

張旭峰，張正棠

（甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院， 甘肅 蘭州 730050）

塔器是壓力容器中常用的設(shè)備，人孔作為塔器設(shè)備的通用零件其規(guī)格也是統(tǒng)一的，之前關(guān)于人孔組件如轉(zhuǎn)臂、吊環(huán)、把手、吊鉤都是通過熱煨彎的形式進(jìn)行加工，熱煨彎存在的不足就是加熱比較麻煩還浪費(fèi)能源，再者加熱后由于零件規(guī)格小都是人工熱煨彎，人工操作難度很大，高溫對(duì)人身體有害。現(xiàn)在根據(jù)以上不足，全新設(shè)計(jì)一種用于壓制吊環(huán)的模具，原理是將工件放置于上下模具之間并固定好，通過油壓機(jī)對(duì)模具的上模施加壓力對(duì)吊環(huán)進(jìn)行壓制，壓制完成后也可以利用該模具對(duì)吊環(huán)進(jìn)行校修。通過對(duì)比兩種方式，使用模具壓制比之前熱煨彎不僅效率提高了而且精度也很高，人員操作方便，提高生產(chǎn)效率。

塔器；人孔；熱煨彎；油壓機(jī)

塔器在石油、化工、煉油等裝置中普遍存在，近年來隨著這些裝置日趨大型化，生產(chǎn)設(shè)備大型塔器也隨之產(chǎn)生，有以前的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格到現(xiàn)在的大型超限薄壁塔器發(fā)展而來。由于在進(jìn)行石油化工加工的過程中，需要涉及很多不同的作業(yè)流程，每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)最終的加工生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此一定要不斷提高加工處理技術(shù)的要求，并且對(duì)大型塔器部件進(jìn)行科學(xué)合理的制造，在安裝的過程中要加強(qiáng)質(zhì)量控制，減少在安裝過程中可能出現(xiàn)的一些安全隱患，不斷提高安裝質(zhì)量，這樣才能保證石油化工企業(yè)的生產(chǎn)效率[1-3]。

人孔組件是壓力容器中使用最為廣泛的組件之一，人孔設(shè)計(jì)在壓力容器的設(shè)計(jì)過程中是重中之重。人孔除了方便檢驗(yàn)人員進(jìn)出設(shè)備外，另一方面的重要作用是保證設(shè)備安全可靠的運(yùn)行。但為了滿足快速檢驗(yàn)以及維修等需求，有時(shí)需在人孔上開一個(gè)較大的圓孔以便在人孔上焊接一個(gè)觀察口（檢驗(yàn)視鏡）便于及時(shí)觀察壓力容器內(nèi)部工況[5-7]。這樣，人孔上開孔后，人孔蓋的整體強(qiáng)度受到削弱的同時(shí)，還因焊接問題引起了應(yīng)力集中，造成開孔邊沿產(chǎn)生局部高應(yīng)力。因此，在人孔設(shè)計(jì)過程中，對(duì)開孔補(bǔ)強(qiáng)問題的全面思量是十分重要的[8-10]，我國(guó)現(xiàn)有的人孔開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法不勝枚舉，但符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)強(qiáng)方法卻很少。因此，大多參照歐盟標(biāo)準(zhǔn) EN14025 進(jìn)行了開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算[11-13]。但是，在設(shè)計(jì)過程中涉及大量的復(fù)雜公式計(jì)算以及不等式判別。如采用人工手動(dòng)計(jì)算，不僅計(jì)算量大、設(shè)計(jì)效率低，而且還存在計(jì)算誤差所帶來的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤等風(fēng)險(xiǎn)[14-15]。所以，為了設(shè)計(jì)效率提高的同時(shí)得到精準(zhǔn)的計(jì)算，個(gè)別部件采用直接壓制成型的方法進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

人孔作為塔器的主要部件是每臺(tái)設(shè)備必不可少的部件，也是大型塔器設(shè)備上同規(guī)格最多的部件，而它的生產(chǎn)批量也是非常大的，一般人孔組件有：轉(zhuǎn)臂、吊環(huán)、吊鉤、把手、環(huán)組成，這些零件雖說制造規(guī)格都一樣，但是根據(jù)以往采用熱煨彎的方式來加工，不僅效率上比較慢、加工精度不高而且高溫對(duì)人體傷害比較大。因此急需要一種新工藝來代替現(xiàn)有有技術(shù)缺陷的工藝，現(xiàn)將人孔組件的壓制模具設(shè)計(jì)出來后將會(huì)大大改善以往的不足，本文將設(shè)計(jì)吊環(huán)壓制模具具體操作過程做一簡(jiǎn)要概述，并且用新設(shè)計(jì)的吊環(huán)模具壓制吊環(huán)和之前的熱煨彎吊環(huán)工藝進(jìn)行對(duì)比，得出了新模具給工作帶來諸多便利，并且提高了生產(chǎn)效率，加快了壓制速度。

1 模具設(shè)計(jì)

模具設(shè)計(jì)跟別的具體實(shí)物設(shè)計(jì)不一樣，模具設(shè)計(jì)不僅要考慮到工件成型后的結(jié)構(gòu)尺寸及精度，還要保證模具在壓制過程中不能破壞被加工工件的外表面及材料本身的特性。這就需要模具設(shè)計(jì)中對(duì)上下模間隙要控制好，間隙小的話容易壓壞工件，間隙太大成型效果不好。設(shè)計(jì)思路：首先，到車間測(cè)量已成型較好實(shí)物吊環(huán)的成型尺寸，將吊環(huán)的所有尺寸進(jìn)行記錄，然后根據(jù)吊環(huán)的理論尺寸，對(duì)理論尺寸進(jìn)行放樣，把放樣的結(jié)果與實(shí)物實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)這些數(shù)據(jù)差異調(diào)整模具規(guī)格和R值，模具R值是決定工件成型后能不能保證理論值得關(guān)鍵因素，見圖1所示。

圖1 模具R值

1.2 實(shí)物測(cè)量

在明確好思路后，到車間挑選成型比較好的吊環(huán)實(shí)物進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量10組數(shù)據(jù)有一組與理論值比較接近，將改組數(shù)據(jù)記錄并與理論數(shù)據(jù)對(duì)比，分析誤差原因，進(jìn)而對(duì)模具進(jìn)行修正，圖2為實(shí)物實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖2 車間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

將吊環(huán)圖紙理論尺寸進(jìn)行放樣，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖3所示，放樣的數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，在對(duì)比過程發(fā)現(xiàn)決定工件成型后精度的主要是R值，按照這個(gè)思路對(duì)R值進(jìn)行多次調(diào)解，多放幾組數(shù)據(jù)，最終找到一組最佳數(shù)據(jù)按照改組數(shù)據(jù)對(duì)模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)果證明壓制出來的吊環(huán)滿足裝配尺寸。

1.3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)測(cè)值與理論放樣值對(duì)模具進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，將模具大概外輪廓及尺寸設(shè)計(jì)好后，對(duì)細(xì)節(jié)部位進(jìn)行校正，找出最終的模具設(shè)計(jì)圖，如圖4所示。

圖3（1） 理論數(shù)據(jù)

圖3（2） 最佳數(shù)據(jù)

圖4 模具結(jié)構(gòu)圖

2 模具實(shí)物制造過程

模具制造首先進(jìn)行選材，作為模具在使用中的頻率將會(huì)非常高，所選材時(shí)要選擇硬度較高的材料，防止模具使用多次后由于材料本身的特性導(dǎo)致模具變形，其次，根據(jù)工件結(jié)構(gòu)和尺寸，確定模具的大小，不宜過大、也不宜過小、最佳為宜，模具太大搬運(yùn)不方便，浪費(fèi)時(shí)間，模具太小容易壓變形，不好控制。

結(jié)構(gòu)和材料選擇合適后進(jìn)行加工制造，制造工藝路線如下：號(hào)料→氣割→車→龍門刨→銑床→打磨。模具制造完畢后給上模焊接吊耳或者把手，方便拆卸。

2.1 模具壓制試驗(yàn)

模具制造完后進(jìn)行吊環(huán)壓制試驗(yàn)，在壓制過程中只需將工件放置于下模上，通過油壓機(jī)給上模施加壓力，利用上模與下模自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件形狀的壓制，將上模、下模位置放好后配合使用。上下模之間應(yīng)有除工件尺寸外2~3 mm的間隙，以使吊環(huán)在上、下模里能有壓制及校形空間，也防止工件被壓扁。

使用時(shí)，首先將下模放置于油壓機(jī)操作平臺(tái)上，同時(shí)保證需要的水平度；將需要壓制的吊環(huán)放置于下模的凹槽部位；然后調(diào)整并裝配上模；裝配完畢后，通過油壓機(jī)的上水平模具給上模工作面上緩慢施壓，在壓力作用下，直至上模和下模充分貼合，達(dá)到壓制吊環(huán)彎曲部分形狀及曲率，使其形狀和精度達(dá)到圖紙及技術(shù)要求。如若工作量較大，可一次在油壓機(jī)工作平臺(tái)放置多個(gè)壓制模具，以提高生產(chǎn)效率。

2.2 結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果證明：使用模具對(duì)吊環(huán)制造不僅方便、省時(shí)而且對(duì)人體無傷害。與以前用的熱煨彎工藝進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)熱煨彎工藝是先對(duì)吊環(huán)先進(jìn)行加熱，然后通過人手工進(jìn)行煒彎，在煒彎的過程中不僅制造難度大、成型精度不好，一般成型后都需要二次修復(fù)，而且高溫對(duì)人體傷害比較大，浪費(fèi)時(shí)間、資源。

因此，采用新型設(shè)計(jì)的吊環(huán)壓制模具不僅提高了工作效率，也改善了車間操作環(huán)境。

3 結(jié) 論

1）使用新型設(shè)計(jì)的壓制模具壓制吊環(huán)可以免除手工操作帶來的諸多不便，無論是從節(jié)約能源、環(huán)保方面還是改善生產(chǎn)車間操作環(huán)境都是有利的。

2）使用新型設(shè)計(jì)的壓制模具可以提高生產(chǎn)效率，縮短設(shè)備制造周期，節(jié)約成本。

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Design of Pressing Die for Manhole Lifting Ring of Tower Equipment

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（Gansu Special Equipment Inspection and Testing Institute, Lanzhou Gansu 730050, China)

Tower equipment is commonly used in pressure vessel equipments. As a common part of tower equipment, manholes have uniform specifications. Previously, the manhole components such as the boom, the ring, the handle, and the hook were all processed by hot bending.The shortcomings of hot simmering are that heating is troublesome and waste energy. After heating, the parts are all manually simmered due to the small specifications. Manual operation is very difficult. High temperature is harmful to human health. Now according to the above deficiencies, a new mould for pressing rings was designed. the principle is to fasten on workpiece placed between the upper and lower mould, pressure is applied to the upper mold of the mold by a hydraulic press to press the lifting ring. After the pressing is completed, the lifting ring can also be adjusted using the mold. By comparing the two methods, the use of die suppression is not only more efficient,but also has a high precision, which is convenient for people to operate and improve production efficiency.

Tower; Manholer; Hot bending; Hydraulic press

2020-07-15

張旭峰（1991-），男，助理工程師，甘肅省蘭州人，2017年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)，研究方向：特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)。

張正棠（1989-），男，工程師，碩士，研究方向：特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)及壓力容器制造。

TQ050.5

A

1004-0935（2020）11-1383-03