《制造成型資料》PPT課件

1、 b. 設(shè)計的焊縫位置要符合以下規(guī)定 展開零件拼焊時： 焊縫盡量少和短；封頭、管板拼接時，公稱直徑Dg不大于2200mm時，拼接焊縫不多于1條，大于2200mm時拼接焊縫不多于2條，其拼接方式如下： 國家規(guī)范中對排樣的規(guī)定：國家規(guī)范中對排樣的規(guī)定： a. a.筒體要使其周向與鋼板軋制方向一致筒體要使其周向與鋼板軋制方向一致; ; 當封頭由兩塊或由左右對稱的三塊鋼板拼焊而成時，當封頭由兩塊或由左右對稱的三塊鋼板拼焊而成時，焊縫至封頭中心的間隔焊縫至封頭中心的間隔 eDg/4。 封頭由瓣片和頂圓板拼制成時，焊縫方向只允許是徑向和環(huán)向的。徑向焊縫之徑向焊縫之間的最小間間的最小間隔隔h3, h3, 且

2、且h100mmh100mm中心頂圓中心頂圓板直徑板直徑dDg/2dDg/2 筒體焊縫要求 每節(jié)筒節(jié)，其縱向焊縫數(shù)量，公稱直徑Dg不大于1800mm時，拼接焊縫不多于2條； Dg大于1800mm時拼接焊縫不多于3條。 筒體的拼接焊縫，每節(jié)筒體縱向焊縫中心線間的弧長不應(yīng)小于300mm，如下圖； 相鄰筒體縱向焊縫，中心間的弧長不得小于100mm，如下圖。 最短筒節(jié)長度不應(yīng)小于300mm。 探傷要求 當焊縫需求進展探傷檢驗時，要使檢驗?zāi)芊奖憧尚小?例如，需求進展超聲波檢驗時，在焊縫兩側(cè)要留有適當?shù)奶筋^操作挪動范圍和空間。 c. c. 設(shè)備筒體劃線方案確實定原那么設(shè)備筒體劃線方案確實定原那么 大型零件如

3、設(shè)備筒體事先要做出劃線方案，大型零件如設(shè)備筒體事先要做出劃線方案，以便確定以下內(nèi)容：以便確定以下內(nèi)容： 筒體的節(jié)數(shù)；筒體的裝配中心線；各接筒體的節(jié)數(shù)；筒體的裝配中心線；各接納位置。納位置。 使之符合排樣的有關(guān)制造規(guī)范；不會出使之符合排樣的有關(guān)制造規(guī)范；不會出如今焊縫上開孔、焊縫偏于容器一側(cè)等景象。如今焊縫上開孔、焊縫偏于容器一側(cè)等景象。先先定定裝裝配配中中心心線線 裝配裝配中心線中心線位置不位置不動，從動，從焊縫處焊縫處展開筒展開筒節(jié)節(jié)對應(yīng)的接納位置對應(yīng)的接納位置對應(yīng)的焊縫位置對應(yīng)的焊縫位置4. 切割下料切割下料 引見機械切割，氧氣切割和等離子切割，引見機械切割，氧氣切割和等離子切割，要求，掌

4、握各自的特點和適用范圍。要求，掌握各自的特點和適用范圍。鋼板機械切割鋼板機械切割 剪板機任剪板機任務(wù)過程。務(wù)過程。按剪切刀刃口分成平口剪和斜口剪；按剪切刀刃口分成平口剪和斜口剪；按傳動方式分機械式和液壓式。按傳動方式分機械式和液壓式。 板料板料任務(wù)臺任務(wù)臺固定下刀口固定下刀口上刀口上刀口壓緊器壓緊器平口剪平口剪 兩刀刃平行，剪切時沿刀刃長度同時進展，沖兩刀刃平行，剪切時沿刀刃長度同時進展，沖擊大。擊大。斜口剪斜口剪 兩刀刃成一定夾角，剪切時沿刀刃長度逐漸兩刀刃成一定夾角，剪切時沿刀刃長度逐漸進展，沖擊小。進展，沖擊小。平口剪平口剪斜口剪斜口剪夾夾角角 氧氣切割氧氣切割 氧氣切割簡稱氣割，也稱火

5、焰切割。氧氣切割簡稱氣割，也稱火焰切割。 切割時需求預(yù)熱火焰和高速純氧切割切割時需求預(yù)熱火焰和高速純氧切割氣流。氣流。 預(yù)熱氣體預(yù)熱氣體 混合氣體混合氣體(C2H2+O2(C2H2+O2或或CH4+ O2) CH4+ O2) 切割過程 整個切割過程分為四步: 預(yù)熱 混合氣體從噴嘴外周噴出； 預(yù)熱火焰把切口處金屬(表層)加熱至燃點。 氧化 切割純氧從噴嘴中心噴出成一細柱狀，把已到達燃點的金屬氧化熄滅成氧化物渣。切割過程切割過程混合氣體混合氣體預(yù)熱火焰預(yù)熱火焰高壓純氧高壓純氧氧化物氧化物吹渣吹渣 氧化物被高速氧氣吹走，暴氧化物被高速氧氣吹走，暴顯露未熔化的金屬。顯露未熔化的金屬。吹出的渣吹出的渣前

6、進前進 新暴顯露來的金屬，主要受新暴顯露來的金屬，主要受金屬的氧化熱作用而升溫至燃點，金屬的氧化熱作用而升溫至燃點，繼續(xù)被氧流氧化熄滅成渣、被吹繼續(xù)被氧流氧化熄滅成渣、被吹走，直至整個厚度金屬被氧化吹走，直至整個厚度金屬被氧化吹通止。通止。 此時通孔四壁的金屬亦同時被加熱至燃點，此時通孔四壁的金屬亦同時被加熱至燃點，氧氣流按切割方向前進，那么成切口。氧氣流按切割方向前進，那么成切口。切割條件切割條件金屬的熔點，必需高于金屬氧化物的熔點，這金屬的熔點，必需高于金屬氧化物的熔點，這樣才干使氧化過程不斷進展。樣才干使氧化過程不斷進展。 金屬的熔點必需高于金屬的燃點。 這樣才干保證在固態(tài)下切割，切口才

7、干到達較高的精度。 金屬的氧化潛熱大，導熱系數(shù)低。 預(yù)熱火焰對“引燃切割過程有決議性意義。 但在整個切割過程中需求的熱量，幾乎全是由氧化過程本身提供的。低碳鋼熔點低碳鋼熔點()()：金屬：金屬15001500 氧化物氧化物1300130015001500高碳鋼熔點高碳鋼熔點()()：金屬：金屬130013001400 1400 氧化物氧化物1300130015001500鋁熔點鋁熔點()()： 金屬金屬658 658 氧化物氧化物20502050鉻熔點鉻熔點()()： 金屬金屬1550 1550 氧化物氧化物19901990鎳熔點鎳熔點()()： 金屬金屬1450 1450 氧化物氧化物199

8、01990鈦熔點鈦熔點()()： 金屬金屬1725 1725 氧化物氧化物18501850各金屬氧氣切割性能比較各金屬氧氣切割性能比較3 等離子切割等離子切割 利用等離子體，既有高溫利用等離子體，既有高溫(1800030000K),又有沖力的特性，來熔斷資料的技術(shù)稱等離子切又有沖力的特性，來熔斷資料的技術(shù)稱等離子切割。割。 它不受物性限制，可切金屬也可切非金屬。它不受物性限制，可切金屬也可切非金屬。 等離子體產(chǎn)生方法 電弧作為根底 電弧是一個制造等離子體的良好根底。 溫度普通可到60008000K，故電弧中心也不一定能到達等離子態(tài)。緊縮電弧緊縮電弧 采用緊縮電弧，迫使電弧收細，電流密采用緊縮電

9、弧，迫使電弧收細，電流密度添加；度添加； 使熱量更加集中，因此溫度顯著升高；使熱量更加集中，因此溫度顯著升高； 最后導至全部電離而成等離子體。最后導至全部電離而成等離子體。 電孤遭到三種緊縮作用電孤遭到三種緊縮作用 機械緊縮機械緊縮 電弧被強迫經(jīng)過噴嘴電弧被強迫經(jīng)過噴嘴孔，其斷面必然小于孔徑?？?，其斷面必然小于孔徑。 普通不超越普通不超越3mm，故，故產(chǎn)活力械緊縮作用。產(chǎn)活力械緊縮作用。鎢極鎢極噴嘴噴嘴工件工件噴嘴孔噴嘴孔熱緊縮熱緊縮 氣流和冷卻水氣流和冷卻水在電弧外周冷卻；在電弧外周冷卻； 電弧外外表溫電弧外外表溫度降低，電弧斷面度降低，電弧斷面減少，中心電流密減少，中心電流密度升高。度升高

10、。 最終使電弧斷最終使電弧斷面比孔徑就更細。面比孔徑就更細。進氣進氣進水進水出水出水磁緊縮磁緊縮 在上述三種緊縮效在上述三種緊縮效應(yīng)作用下，電弧變細到應(yīng)作用下，電弧變細到一定程度，就會到達全一定程度，就會到達全部電離的高溫而成等離部電離的高溫而成等離子體。子體。等離子弧的特點等離子弧的特點 是一束細長、高溫且有高流速的流體。是一束細長、高溫且有高流速的流體。 等離子體的功率，主要由電流確定；等離子體的功率，主要由電流確定； 其沖刷力，那么決議于氣流速度。其沖刷力，那么決議于氣流速度。 噴嘴通入的氣體噴嘴通入的氣體: 多通入氮氣。它是雙原子氣體，要求電源電多通入氮氣。它是雙原子氣體，要求電源電壓

11、較高，對維持等離子體長度和加熱被切金屬方壓較高，對維持等離子體長度和加熱被切金屬方面有利。面有利。 等離子體的類型等離子體的類型 按照噴嘴上電源接法不同，把等離子體分按照噴嘴上電源接法不同，把等離子體分成三種，如圖。成三種，如圖。轉(zhuǎn)移型轉(zhuǎn)移型非轉(zhuǎn)移型非轉(zhuǎn)移型混合型混合型等離子切割技術(shù)的特點等離子切割技術(shù)的特點 它是經(jīng)過一束細長、高溫且高速的流體的加它是經(jīng)過一束細長、高溫且高速的流體的加熱和沖擊切割。故它不受物性限制，能切割任何熱和沖擊切割。故它不受物性限制，能切割任何資料，可切金屬也可切非金屬；資料，可切金屬也可切非金屬； 由于等離子切割的本錢是目前設(shè)備制造用到由于等離子切割的本錢是目前設(shè)備制

12、造用到的幾種切割方法中最貴的一種，主要用于氣割無的幾種切割方法中最貴的一種，主要用于氣割無法運用的不銹鋼、鋁、銅等工件。法運用的不銹鋼、鋁、銅等工件。 第三節(jié) 筒節(jié)的彎卷成形根本要求：根本要求：1.1.掌握鋼板彎卷變形率的計算以及臨界變形率、掌握鋼板彎卷變形率的計算以及臨界變形率、最小冷彎半徑的要求；最小冷彎半徑的要求；2.2.了解限制鋼板冷彎變形率的相關(guān)規(guī)范；了解限制鋼板冷彎變形率的相關(guān)規(guī)范；3.3.熟習鋼板彎卷工藝及常用設(shè)備。熟習鋼板彎卷工藝及常用設(shè)備。 3.1.1冷卷成型冷卷成型 根據(jù)筒節(jié)卷圓成形時，能否加熱以及加熱的根據(jù)筒節(jié)卷圓成形時，能否加熱以及加熱的溫度高低，分為：溫度高低，分為：

13、 冷卷成型、熱卷成型、溫卷成型。冷卷成型、熱卷成型、溫卷成型。冷卷成型冷卷成型通常是在室溫下成型、不需求加通常是在室溫下成型、不需求加熱設(shè)備。熱設(shè)備。 特點是：成型過程不產(chǎn)生氧化皮，操作工藝特點是：成型過程不產(chǎn)生氧化皮，操作工藝簡單且方便操作簡單且方便操作,費用低。費用低。 鋼板冷卷的變形率鋼板冷卷的變形率 冷卷變形率計算冷卷變形率計算 留意：留意： 彎卷前后，中面層長度不變；彎卷前后，中面層長度不變； 但沿鋼板厚度方向，鋼板塑性變形但沿鋼板厚度方向，鋼板塑性變形程度是變化的；外側(cè)伸長，內(nèi)側(cè)縮短。程度是變化的；外側(cè)伸長，內(nèi)側(cè)縮短。 按外側(cè)相對伸長量計算變形率為按外側(cè)相對伸長量計算變形率為:(D

14、wDm)/ Dm 100 / Dm 100 結(jié)論結(jié)論 鋼板越厚、筒節(jié)的鋼板越厚、筒節(jié)的彎卷半徑越小，那么變彎卷半徑越小，那么變形率越大。形率越大。 變形率概念變形率概念 冷彎變形率到達臨界變形率，資料在隨冷彎變形率到達臨界變形率，資料在隨后熱切割、焊接或熱處置時，將產(chǎn)生粗大的再結(jié)后熱切割、焊接或熱處置時，將產(chǎn)生粗大的再結(jié)晶晶粒。晶晶粒。 鋼材的實際臨界變形率范圍為鋼材的實際臨界變形率范圍為5%5%10%10%。 實踐變形率要求實踐變形率要求 應(yīng)小于實際臨界變形率，否那么后續(xù)應(yīng)小于實際臨界變形率，否那么后續(xù)熱加工過程，會降低力學性能。熱加工過程，會降低力學性能。 實踐消費中，要求實踐消費中，要求

15、 5%，普通控制在，普通控制在2.5%3%。 HG 20584-1998中規(guī)定： 碳素鋼、16MnR 3%； 其他低合金鋼 2.5%； 18-8鋼 15 %。 最小冷彎半徑最小冷彎半徑Rmin Rmin 由公式由公式 / Dm / Dm 100100 2.5% 2.5%3%3%可可以看出：以看出： 在實踐卷圓時，鋼板厚度是知的，用半在實踐卷圓時，鋼板厚度是知的，用半徑替代徑替代 ，更容易操作，也更為直觀。，更容易操作，也更為直觀。最小冷彎半徑最小冷彎半徑RminRmin計算計算 16MnR 16MnR鋼：鋼： /Dm/Dm100100 3% 3%、/R /R 100100 6%, 6%, 那么

16、有：那么有：Rmin=16.7Rmin=16.7 低合金鋼：低合金鋼：Rmim=20Rmim=20 奧氏體不銹鋼：奧氏體不銹鋼：Rmin=3.3Rmin=3.3 鋼板冷彎卷制筒節(jié)時鋼板冷彎卷制筒節(jié)時, ,筒節(jié)的半徑要大于或等筒節(jié)的半徑要大于或等于最小冷彎半徑。于最小冷彎半徑。3.1.2 3.1.2 熱卷成型熱卷成型概念：是在再結(jié)晶溫度以上成型。特點：概念：是在再結(jié)晶溫度以上成型。特點： 熱卷筒節(jié)時溫度高、塑性好、易于成形，熱卷筒節(jié)時溫度高、塑性好、易于成形，不產(chǎn)生硬化。不產(chǎn)生硬化。 合理的加熱溫度。合理的加熱溫度。 普通取普通取90090011001100，成型終止溫度不，成型終止溫度不低于低

17、于800,800,對普通低合金鋼要留意緩冷。對普通低合金鋼要留意緩冷。應(yīng)控制加熱速度。應(yīng)控制加熱速度。 加熱速度快：加熱速度快： 加熱時間短，內(nèi)外溫差大，容易出現(xiàn)缺陷；加熱時間短，內(nèi)外溫差大，容易出現(xiàn)缺陷； 加熱速度慢：加熱速度慢： 加熱時間長，添加鋼材與爐內(nèi)氧化性氣體加熱時間長，添加鋼材與爐內(nèi)氧化性氣體H2O、CO2、O2等反響，產(chǎn)生氧化、脫碳等景象；等反響，產(chǎn)生氧化、脫碳等景象；氧化皮直接影響成型麻點和壓坑氧化皮直接影響成型麻點和壓坑 。 3.1.3 溫卷成型 概念： 鋼板加熱到500600進展的彎卷，由于是在鋼材的再結(jié)晶溫度以下，因此其本質(zhì)仍屬于冷卷，但它具備熱卷的一些特點。 冷加工硬化

18、明顯減輕、塑性和韌性大為提高，減輕卷板機任務(wù)負擔； 同時抑制鋼板的氧化、脫碳等景象。 3.2 筒節(jié)卷圓設(shè)備 3.2.1 對稱式三輥卷板機 1、特點、特點 構(gòu)造簡單、緊湊，兩下輥可設(shè)計得很近，構(gòu)造簡單、緊湊，兩下輥可設(shè)計得很近，分量輕，易于制造和維修；分量輕，易于制造和維修； 最大缺陷是在所卷筒節(jié)縱向接縫處的兩板最大缺陷是在所卷筒節(jié)縱向接縫處的兩板頭產(chǎn)生直邊。頭產(chǎn)生直邊。2、直邊的產(chǎn)生緣由、直邊的產(chǎn)生緣由 在卷圓過程中，在卷圓過程中， 兩板頭不能夠經(jīng)過最大彎兩板頭不能夠經(jīng)過最大彎矩矩e e處，使兩板頭構(gòu)成直邊。處，使兩板頭構(gòu)成直邊。直邊長度直邊長度 兩下輥間距的一半兩下輥間距的一半3 3、抑制直

19、邊的方法、抑制直邊的方法 預(yù)彎方法預(yù)彎方法液壓機上預(yù)彎液壓機上預(yù)彎上模上模下模下模卷板機預(yù)彎卷板機預(yù)彎弧形弧形墊板墊板板坯板坯板坯板坯 預(yù)留直邊預(yù)留直邊4、上輥總下壓量、上輥總下壓量h的計算的計算 ( R+r2)2( R+r2)2(R-r1+h)2(R-r1+h)2=h =( R+ +r2)2h =( R+ +r2)2(L/2)2 1/2 (L/2)2 1/2 (R-r1 )(R-r1 )(L/2)2(L/2)2+第第4 4節(jié)節(jié) 封頭整體沖壓成形封頭整體沖壓成形1.1.掌握成形過程應(yīng)力、應(yīng)變特點及應(yīng)力、變掌握成形過程應(yīng)力、應(yīng)變特點及應(yīng)力、變形對成型過程的影響形對成型過程的影響; ;2.2.掌握

20、整體沖壓封頭的普通工藝問題掌握整體沖壓封頭的普通工藝問題冷冷沖、熱沖的選擇；防止折皺的方法沖、熱沖的選擇；防止折皺的方法; ;3.3.熟習沖壓力的計算熟習沖壓力的計算; ;4.4.掌握模具主要參數(shù)的設(shè)計計算。掌握模具主要參數(shù)的設(shè)計計算。封頭的根本加工方法封頭的根本加工方法 沖壓成形沖壓成形(整體，分片整體，分片) 旋壓成形旋壓成形橢圓，球形，大尺寸。橢圓，球形，大尺寸。 滾壓成形滾壓成形錐形錐形 爆炸法爆炸法探求階段，平安問題。探求階段，平安問題。4.1沖壓封沖壓封頭過程頭過程4.1.1沖壓機沖壓機構(gòu)造。構(gòu)造。機座機座下模座下模座立柱立柱導柱導柱下模下模上模上模料板料板壓料圈壓料圈滑動橫梁滑動

21、橫梁液壓缸液壓缸4.1沖壓過程沖壓過程 裝料裝料 將封頭毛坯對中放在下將封頭毛坯對中放在下模上；模上； 壓邊圈壓緊坯料壓邊圈壓緊坯料 開動水壓機，液壓缸推開動水壓機，液壓缸推進上模、壓邊圈向下挪動；進上模、壓邊圈向下挪動； 壓邊圈首先與毛坯接觸壓邊圈首先與毛坯接觸并壓緊坯料。并壓緊坯料。毛坯毛坯壓邊圈壓邊圈下模下模上模上模 彎曲、脹形 當凸模下降與料坯接觸時，下模彎角處料坯開場彎曲，凸模底部少量料坯接受全部變形力，并開場產(chǎn)生脹形。 脹形、拉伸 隨著脹形變形區(qū)的擴展，沖壓力增大，同時法蘭部分料坯開場流動，產(chǎn)生料拉伸變形。 成型 毛坯完全經(jīng)過下模后，封頭成型； 脫模 上模上移，打料桿將包在上模上的

22、封頭脫下。 上述沖壓過程稱為一次成形沖壓過程。打料桿打料桿脫模脫模 以上過程可知，以上過程可知， 封頭沖壓屬于拉延過程。封頭沖壓屬于拉延過程。4.2 沖壓過程的應(yīng)力和變形沖壓過程的應(yīng)力和變形 分析在沖壓過程中，典型位置應(yīng)力形狀和變分析在沖壓過程中，典型位置應(yīng)力形狀和變形各有其特點：形各有其特點：法蘭法蘭A A部分部分下模圓角下模圓角部分部分B B間隙間隙處處C C底部底部D D邊緣邊緣A部分部分 a 上模壓力上模壓力P使微元在徑向受拉伸應(yīng)力使微元在徑向受拉伸應(yīng)力r，直接產(chǎn)生，直接產(chǎn)生兩個效果：微元產(chǎn)生經(jīng)向拉伸應(yīng)變，坯料徑向弧長拉兩個效果：微元產(chǎn)生經(jīng)向拉伸應(yīng)變，坯料徑向弧長拉長；微元整體向中心流

23、動，使坯料外圓周長減小。長；微元整體向中心流動，使坯料外圓周長減小。 b 隨著坯料直徑減小，邊緣金屬沿切向收縮，產(chǎn)生隨著坯料直徑減小，邊緣金屬沿切向收縮，產(chǎn)生切周向緊縮應(yīng)力切周向緊縮應(yīng)力t； c 壓邊圈在板厚方向施加壓應(yīng)力壓邊圈在板厚方向施加壓應(yīng)力n。Artn4.2.1典型位置應(yīng)力變形特點典型位置應(yīng)力變形特點留意留意 切向緊縮應(yīng)力切向緊縮應(yīng)力會使毛坯邊緣增厚，也有會使毛坯邊緣增厚，也有能夠使毛坯邊緣喪失穩(wěn)定而產(chǎn)生折皺；能夠使毛坯邊緣喪失穩(wěn)定而產(chǎn)生折皺； 為了防止產(chǎn)生折皺，常用壓邊圈將邊緣壓緊； 故：毛坯邊緣資料經(jīng)常處于三向應(yīng)力形狀下模圓角下模圓角B處應(yīng)力變形特點處應(yīng)力變形特點 取微元取微元 a

24、 上模壓力上模壓力P使微元受徑向拉伸應(yīng)力使微元受徑向拉伸應(yīng)力r ，微元本身，微元本身徑向拉長；微元整體向中心流動。徑向拉長；微元整體向中心流動。 b 微元整體向中心流動過程中，周向相鄰微元間產(chǎn)生微元整體向中心流動過程中，周向相鄰微元間產(chǎn)生切向緊縮應(yīng)力切向緊縮應(yīng)力t ；Brt C C 微元本身遭到彎曲而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。微元本身遭到彎曲而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。r 間隙間隙C處應(yīng)力變形特點處應(yīng)力變形特點 取微元取微元 a 微元整體向中心流動，仍受經(jīng)向拉伸應(yīng)力微元整體向中心流動，仍受經(jīng)向拉伸應(yīng)力r；向中心流動過程中該處周長減小，存在切向；向中心流動過程中該處周長減小，存在切向緊縮應(yīng)力緊縮應(yīng)力t ； b 板厚方向

25、已不受力，處于自在形狀，但有切向板厚方向已不受力，處于自在形狀，但有切向緊縮應(yīng)力，薄壁封頭在此處容易失穩(wěn)起皺。緊縮應(yīng)力，薄壁封頭在此處容易失穩(wěn)起皺。Ct 底部底部D處處 有較小的伸長變形脹形，厚度略有減有較小的伸長變形脹形，厚度略有減薄。故經(jīng)向和切向都遭到較小拉應(yīng)力；薄。故經(jīng)向和切向都遭到較小拉應(yīng)力；留意：該處曲率半徑越小，拉應(yīng)力相應(yīng)越大，留意：該處曲率半徑越小，拉應(yīng)力相應(yīng)越大，拉薄程度大。拉薄程度大。 如球形封頭該處減薄量大于規(guī)范橢圓封如球形封頭該處減薄量大于規(guī)范橢圓封頭。頭。 D 4.2.2 應(yīng)力定性分析計算 最大徑向拉應(yīng)力定性分析 要處理兩個問題： 一是成型過程何時拉應(yīng)力最大需最大沖壓力

26、； 二是影響最大徑向拉應(yīng)力的要素。 此時，坯料此時，坯料上外表完全包上外表完全包住上模柱面以住上模柱面以下的區(qū)域。下的區(qū)域。 實際證明，實際證明，坯料下外表完坯料下外表完全包住下模圓全包住下模圓角時；此時徑角時；此時徑向拉應(yīng)力到達向拉應(yīng)力到達最大值。最大值。a a 成型過程何時拉應(yīng)力最大需最大沖壓力成型過程何時拉應(yīng)力最大需最大沖壓力 料坯圓料坯圓周剛開場向周剛開場向中心流動。中心流動。b b 影響最大徑向拉應(yīng)力的要素。影響最大徑向拉應(yīng)力的要素。 毛坯直徑、封頭直徑；毛坯直徑、封頭直徑； 金屬的變形抗力、硬化程度；金屬的變形抗力、硬化程度； 摩擦力；摩擦力； 彎曲力等要素有關(guān)。彎曲力等要素有關(guān)。

27、 熱沖壓時最大徑向拉應(yīng)力的計算公式熱沖壓時最大徑向拉應(yīng)力的計算公式封頭中徑封頭中徑毛坯外毛坯外徑徑中性層彎曲中性層彎曲半徑半徑r+/2r+/2摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)鋼熱變形時取鋼熱變形時取0.30.30.40.4；熱沖壓時拉應(yīng)力的計算公式分析熱沖壓時拉應(yīng)力的計算公式分析摩擦力引起的應(yīng)力摩擦力引起的應(yīng)力a 由毛坯與壓邊圈間的摩擦力引起；由毛坯與壓邊圈間的摩擦力引起；b 由毛坯與下模間的摩擦力引起。由毛坯與下模間的摩擦力引起。 料坯本身的變形料坯本身的變形抗力引起的應(yīng)力抗力引起的應(yīng)力圓角彎曲引圓角彎曲引起的應(yīng)力起的應(yīng)力 切向應(yīng)力定性分析計算 沖壓封頭時，在法蘭區(qū)域?qū)a(chǎn)生很大的切向緊縮應(yīng)力，其坯料各位置切

28、向應(yīng)力計算公式如下： 毛坯毛坯外徑外徑計算計算X處的處的毛坯直徑毛坯直徑結(jié)論：結(jié)論： 最大切向壓應(yīng)力在坯料的最外緣。最大切向壓應(yīng)力在坯料的最外緣。 最大切向壓應(yīng)力大小最大切向壓應(yīng)力大小s。 法蘭圓周緊縮量法蘭圓周緊縮量L=(D。Dm)； 定性分析半球封頭與規(guī)范橢圓形封頭的工藝性定性分析半球封頭與規(guī)范橢圓形封頭的工藝性 一樣公稱直徑時，半球封頭的周邊緊縮量比規(guī)范橢圓一樣公稱直徑時，半球封頭的周邊緊縮量比規(guī)范橢圓形封頭大，沖壓過程緊縮量大，容易產(chǎn)生褶皺等缺陷，即形封頭大，沖壓過程緊縮量大，容易產(chǎn)生褶皺等缺陷，即沖壓工藝性較差；沖壓工藝性較差； 半球封頭底部曲率大，成型過程拉應(yīng)力大，減薄量大。半球封

29、頭底部曲率大，成型過程拉應(yīng)力大，減薄量大。4.3 4.3 應(yīng)力和變形對成型過程的影響應(yīng)力和變形對成型過程的影響4.3.1 4.3.1 應(yīng)力對成型過程的影響應(yīng)力對成型過程的影響 徑向拉應(yīng)力的大小對成形過程的影響 徑向拉應(yīng)力主要由料坯本身的變形抗力、毛坯與壓邊圈間的摩擦力、毛坯與下模間的摩擦力引起。 模具不當圓角小等，所需的徑向拉應(yīng)力變大，容易產(chǎn)生多種缺陷。 極限情況，當所需徑向拉應(yīng)力=b時，拉裂。 切向壓應(yīng)力對成形過程的影響 工件較薄、模具不當模具間隙、工藝不當光滑、壓邊，就會在切向應(yīng)力作用下, 喪失穩(wěn)定而產(chǎn)生折皺。 折皺是沖壓封頭中常見的缺陷。4.3.2 4.3.2 料坯的變形情況對成型過程的

30、影響料坯的變形情況對成型過程的影響 料向中心流動，構(gòu)成封頭；料向中心流動，構(gòu)成封頭； 少量料向外流動，外周邊粗糙；少量料向外流動，外周邊粗糙； 當主變形區(qū)法蘭、自在變形區(qū)變形不當，當主變形區(qū)法蘭、自在變形區(qū)變形不當，容易產(chǎn)生失穩(wěn)變形，嚴重缺陷。容易產(chǎn)生失穩(wěn)變形，嚴重缺陷。 鼓包：金屬部分纖維的變形量大于其他部位引鼓包：金屬部分纖維的變形量大于其他部位引起的。起的。 例：例：a a 毛坯焊縫的余高，會因摩擦等緣由產(chǎn)毛坯焊縫的余高，會因摩擦等緣由產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，使部分的金屬產(chǎn)生較大的伸長生較大的拉應(yīng)力，使部分的金屬產(chǎn)生較大的伸長而鼓包。而鼓包。 b b 毛坯部分溫度高于其他部位，此處金屬毛坯部分

31、溫度高于其他部位，此處金屬變形抗力小，在一樣拉應(yīng)力作用下，金屬纖維將變形抗力小，在一樣拉應(yīng)力作用下，金屬纖維將產(chǎn)生較大的伸長而鼓包。產(chǎn)生較大的伸長而鼓包。4.3.3 4.3.3 影響折皺產(chǎn)生的封頭幾何要素影響折皺產(chǎn)生的封頭幾何要素相對厚度相對厚度/Dm/Dm /Dm /Dm越小，坯料邊緣的穩(wěn)定性越差；在壓越小，坯料邊緣的穩(wěn)定性越差；在壓應(yīng)力作用下，容易喪失穩(wěn)定而起皺。相當于壓應(yīng)力作用下，容易喪失穩(wěn)定而起皺。相當于壓桿穩(wěn)定桿穩(wěn)定 毛坯位置毛坯位置 毛坯邊緣切向應(yīng)力大，容易喪毛坯邊緣切向應(yīng)力大，容易喪失穩(wěn)定而起皺的能夠性就大。失穩(wěn)定而起皺的能夠性就大。折皺的產(chǎn)生還與以下要素有關(guān)：折皺的產(chǎn)生還與以下

32、要素有關(guān)： 毛坯加熱溫度的均勻性；毛坯加熱溫度的均勻性； 封頭能否有焊縫；封頭能否有焊縫； 模具間隙大小和均勻性；模具間隙大小和均勻性； 下模圓角大小；圓角大，自在變形區(qū)增大，下模圓角大?。粓A角大，自在變形區(qū)增大，容易失穩(wěn)；容易失穩(wěn)； 光滑情況，光滑好，有利于金屬均勻流動，光滑情況，光滑好，有利于金屬均勻流動，可防止由于受力不均、變形不均而產(chǎn)生的折皺和可防止由于受力不均、變形不均而產(chǎn)生的折皺和鼓包。鼓包。 4.3.4壓邊條件 采用壓邊圈可以防止折皺的產(chǎn)生，理由如下有以下兩點： 它使毛坯法蘭只能在壓邊圈與下模間滑動， 相當添加了穩(wěn)定性； 壓邊圈產(chǎn)生的摩擦力，有利于經(jīng)向拉應(yīng)力均勻，防止封頭鼓包的產(chǎn)

33、生。 采用壓邊圈的條件采用壓邊圈的條件 主要決議于主要決議于D0D0、DnDn與與的關(guān)系，也與各制造廠的關(guān)系，也與各制造廠的消費工藝和閱歷有關(guān)。的消費工藝和閱歷有關(guān)。 折皺準數(shù)折皺準數(shù): (D0: (D0Dn)/Dn)/ 由折皺準數(shù)確定的壓邊由折皺準數(shù)確定的壓邊的條件如下：的條件如下： a 熱沖壓規(guī)范橢圓形封頭的條件： D0Dn 1820當D04001200mm時：D0Dn 20當D04001200mm時：D0Dn 19當D04001200mm時：D0Dn 18b b 球形封頭熱沖壓采用壓邊圈的條件球形封頭熱沖壓采用壓邊圈的條件 D0 D0Dn(14Dn(1415) 15) C C 平頂封頭熱

34、沖壓采用壓邊圈的條件平頂封頭熱沖壓采用壓邊圈的條件 D0 D0Dn(21Dn(2122) 22) 壓邊圈壓力分析 壓邊力過大，增大了摩擦力，即增大了拉應(yīng)力，會使封頭拉薄，甚至拉裂； 壓邊力過小，那么不能防止折皺的產(chǎn)生。 根據(jù)分析和實驗，不產(chǎn)生折皺的最適宜的壓邊力應(yīng)是一個變值應(yīng)隨沖壓過程的進展而逐漸加大。 它應(yīng)故要求設(shè)計一個特殊液壓或氣動安裝，使壓力能按要求作相應(yīng)的變化。 由于其他壓邊圈構(gòu)造復雜，目前消費中大由于其他壓邊圈構(gòu)造復雜，目前消費中大多采用固定壓邊力的壓邊圈。多采用固定壓邊力的壓邊圈。 在這種情況下，壓邊力選取原那么是：在這種情況下，壓邊力選取原那么是： 取取保證不起折皺的最低壓力值。

35、保證不起折皺的最低壓力值。冷沖：冷沖： 徑向拉應(yīng)力小徑向拉應(yīng)力小( (厚度小，塑性好，硬化不明顯厚度小，塑性好，硬化不明顯) )； 如如20R20R、16MnR16MnR普通普通55； 設(shè)備才干答應(yīng)；設(shè)備才干答應(yīng)； 18 188 8鋼盡量冷沖薄板，厚板只能熱沖；鋼盡量冷沖薄板，厚板只能熱沖； 鋁材用冷沖。鋁材用冷沖。 圓角處有很大的接觸應(yīng)力，產(chǎn)生嚴重摩擦和磨損。圓角處有很大的接觸應(yīng)力，產(chǎn)生嚴重摩擦和磨損。 光滑方法：光滑方法： 冷沖用油或脂；冷沖用油或脂； 熱沖用石墨粉或二硫化鉬機油調(diào)配。熱沖用石墨粉或二硫化鉬機油調(diào)配。 根據(jù)根據(jù)D0，選擇冷沖或熱沖，選擇冷沖或熱沖 9601100750105

36、08509501150900890920880910870900 加熱溫度：假設(shè)高，降低沖壓力和有利于鋼板加熱溫度：假設(shè)高，降低沖壓力和有利于鋼板變形；變形； 溫度過高溫度過高, ,會使鋼材的晶粒顯著長大會使鋼材的晶粒顯著長大, ,甚至構(gòu)成甚至構(gòu)成過熱組織過熱組織, ,使鋼材的塑性和韌性降低。使鋼材的塑性和韌性降低。 嚴重時會產(chǎn)生過燒組織。嚴重時會產(chǎn)生過燒組織。 4.5 沖壓后封頭壁厚變化球形封頭底部，沖壓過程不斷球形封頭底部，沖壓過程不斷受拉應(yīng)力，減薄量最大受拉應(yīng)力，減薄量最大直邊和接近直邊部分，沖壓直邊和接近直邊部分，沖壓時切向壓應(yīng)力大，壁厚添加；時切向壓應(yīng)力大，壁厚添加；且越接近邊緣，添

37、加壁厚越且越接近邊緣，添加壁厚越大。大。直邊和接近直邊部分，直邊和接近直邊部分，沖壓時切向壓應(yīng)力大，沖壓時切向壓應(yīng)力大，壁厚添加；且越接近壁厚添加；且越接近邊緣，添加壁厚越大。邊緣，添加壁厚越大。規(guī)范橢圓封頭底部，規(guī)范橢圓封頭底部，與球形封頭比較，沖與球形封頭比較，沖壓過程不斷受較小的壓過程不斷受較小的拉應(yīng)力，減薄量較小拉應(yīng)力，減薄量較小此處有彎曲、脹形、拉延，此處有彎曲、脹形、拉延，且拉應(yīng)力最大，壁厚減薄且拉應(yīng)力最大，壁厚減薄量最大量最大 4.5 封頭的旋壓成形 適用于大型封頭的制造。 目前采用旋壓成形法制造大型封頭已成為主要方法。 4.5.1旋壓成形的特點 適宜制造尺寸大、壁薄的大型封頭，

38、目前已制造5000mm、7000mm、10000mm,甚至20000mm的超大型封頭； 旋壓機比水壓機輕巧，制造一樣尺寸的封頭，比水壓機約輕2.5倍 ； 旋壓模具比沖壓模具簡單、尺寸小、本錢低； 適于單件小批消費； 不易產(chǎn)生減薄和折皺，封頭成形質(zhì)量好； 不適宜厚壁小直徑，假設(shè)旋壓成形，比較費不適宜厚壁小直徑，假設(shè)旋壓成形，比較費事，不如沖壓成形簡單；事，不如沖壓成形簡單； 旋壓過程較慢，消費率低于沖壓成形。旋壓過程較慢，消費率低于沖壓成形。 假設(shè)用冷旋壓，對容易硬化的資料需消假設(shè)用冷旋壓，對容易硬化的資料需消除硬化熱處置。除硬化熱處置。 4.5.2 4.5.2 旋壓成形的方法旋壓成形的方法 分

39、類：分類： 按運用的主要設(shè)備情況，分為單機旋按運用的主要設(shè)備情況，分為單機旋壓法、聯(lián)機旋壓法。壓法、聯(lián)機旋壓法。 單機旋壓法單機旋壓法在旋壓機上一次完成在旋壓機上一次完成封頭的旋壓成形過程。封頭的旋壓成形過程。 聯(lián)機旋壓法聯(lián)機旋壓法分別用壓鼓機和旋壓機對封分別用壓鼓機和旋壓機對封頭料坯先壓鼓后翻邊的成型方法。頭料坯先壓鼓后翻邊的成型方法。 簡單引見單機旋壓法。簡單引見單機旋壓法。 根據(jù)模具運用情況單機旋壓法可分為：根據(jù)模具運用情況單機旋壓法可分為： 有模旋壓法、有模旋壓法、 無模旋壓法、無模旋壓法、 沖旋結(jié)合法。沖旋結(jié)合法。 第第5 5節(jié)節(jié) 管子的彎曲管子的彎曲 5.1 5.1 管子彎曲應(yīng)力分

40、析和變形量計算管子彎曲應(yīng)力分析和變形量計算5.1.15.1.1應(yīng)力和變形分析自在彎曲應(yīng)力和變形分析自在彎曲 管子外側(cè)壁管子外側(cè)壁管子在彎矩管子在彎矩M作用下，軸線外作用下，軸線外側(cè)管壁受拉應(yīng)力；側(cè)管壁受拉應(yīng)力； 隨著變形率的增大，拉力逐隨著變形率的增大，拉力逐漸增大，管壁能夠減薄、嚴重漸增大，管壁能夠減薄、嚴重時可產(chǎn)生微裂紋；時可產(chǎn)生微裂紋；管子內(nèi)側(cè)壁管子內(nèi)側(cè)壁 嚴重時可嚴重時可使管壁失穩(wěn)產(chǎn)使管壁失穩(wěn)產(chǎn)生內(nèi)折皺生內(nèi)折皺 受壓應(yīng)力受壓應(yīng)力作用，管壁能作用，管壁能夠增厚夠增厚 管子橫截面變形 在在NlNl與與N2N2作用下，管子作用下，管子橫截面變形；橫截面變形； 自在彎曲時，變形將近自在彎曲時，

41、變形將近似為橢圓形；似為橢圓形；半圓槽內(nèi)彎半圓槽內(nèi)彎曲，內(nèi)側(cè)根曲，內(nèi)側(cè)根本上堅持半本上堅持半圓形圓形外側(cè)變扁。外側(cè)變扁。 影響彎管缺陷產(chǎn)生的主要要素影響彎管缺陷產(chǎn)生的主要要素 a 相對彎曲半徑相對彎曲半徑R/dw ，它表示彎曲程度。，它表示彎曲程度。 由：變形率由：變形率dw/(2R) 100 管子外徑管子外徑dw越大，彎曲半徑越大，彎曲半徑R越小，內(nèi)、外越小，內(nèi)、外側(cè)的變形率越大。側(cè)的變形率越大。b 相對彎曲壁厚相對彎曲壁厚/dw 表示彎曲橫截面的穩(wěn)定性；表示彎曲橫截面的穩(wěn)定性； 壁厚越小，管子直徑越大，彎曲橫截面的壁厚越小，管子直徑越大，彎曲橫截面的穩(wěn)定性越差，越容易失穩(wěn)。穩(wěn)定性越差，越容

42、易失穩(wěn)。 實踐消費中控制管子彎曲變形率的主要方式是控制管子的彎曲半徑。 彎曲半徑有關(guān)規(guī)定，對普通受壓10MPa的管子，如換熱器U形彎管段的彎曲半徑R 2dw；常用換熱器的最小彎曲半徑常用換熱器的最小彎曲半徑Rmin如下表：如下表：5.1.2 5.1.2 管子變形率的控制管子變形率的控制 管子與管板銜接 銜接方式有：脹接、焊接和脹焊銜接。脹接過程：脹接過程： 脹管器插入到需求脹接的管口內(nèi)；脹管器插入到需求脹接的管口內(nèi)； 加機械力或液壓力，使管端脹大產(chǎn)生塑性變形，管加機械力或液壓力，使管端脹大產(chǎn)生塑性變形，管板孔產(chǎn)生彈性變形；板孔產(chǎn)生彈性變形； 退出脹管器，管板孔彈性變形恢復，使管子與管板退出脹管

43、器，管板孔彈性變形恢復，使管子與管板孔接觸外表上產(chǎn)生很大的擠壓力并嚴密結(jié)合；孔接觸外表上產(chǎn)生很大的擠壓力并嚴密結(jié)合； 到達了密封又能抗拉脫力。到達了密封又能抗拉脫力。 前脹后，管子直徑前脹后，管子直徑增大，管板孔直徑增大。增大，管板孔直徑增大。脹接前管板脹接前管板脹接前管子脹接前管子脹管率脹管率 就是管子、管板的變形率；就要控制合理的就是管子、管板的變形率；就要控制合理的脹管率，保證脹接質(zhì)量。脹管率，保證脹接質(zhì)量。脹管率的計算脹管率的計算 引薦兩種計算方法：引薦兩種計算方法： 管子內(nèi)徑增大率管子內(nèi)徑增大率K K； 管子壁厚減薄率管子壁厚減薄率W W。計算脹管率需求丈量的數(shù)據(jù)計算脹管率需求丈量的數(shù)據(jù)丈量管板孔徑丈量管板孔徑D丈量脹接前管丈量脹接前管子外徑子外徑