《封头成形工艺》PPT课件.ppt

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1、7.2 封头的成形,7.2.1 封头的冲压成形,(一)封头冲压工艺简述,检查,材料检验,划线,气割,坡口加工,（组对焊接）,加热,冲压,封头余量切割,常用的成形方法：冲压成形、旋压成形、爆炸成形,7.2 封头的成形,划线,e1/4 Dg d3s 且100mm,7.2 封头的成形,划线,当封头由两块或由左右对称的三块钢板拼焊而成时，对称焊缝至封头中心的距离应小于Dg/4；当封头由瓣片和顶圆拼焊而成时，焊缝方向只允许是径向和环向的，径向焊缝之间的最小距离应大于3s且不小于100mm，中心顶圆板直径应小于Dg/2。,7.2 封头的成形,加 热,封头冲压加热一般是快速加热，即把炉温升到1050左右装料

2、，达始锻温度以后，保温一段时间（长短和材料有关）一般是1-1.5min/mm,碳钢取下限，普低钢取上限，见表77。,冲压过程简述,封头的冲压过程1.活动横梁2.压边圈3.上模（冲头）4.毛坯5.下模（冲环）6.脱模装置,2.6.2 整体冲压成形原理,冲压过程：,压边圈,下模,挡块,冲压过程简述,冲压时，为了降低坯料与模具之间的摩擦力，大都在下模的表面涂以润滑剂。据经验碳钢：40%石墨+60%机油；不锈钢55%石墨+45%机油。,冲压过程简述,（二）封头冲压时的应力和变形,应力状态和变形,1.,（二）封头冲压时的应力和变形,A处：平法兰部分,（二）封头冲压时的应力和变形,B处：下模圆角处,（二）

3、封头冲压时的应力和变形,C处：冲头与下模间的空隙处,（二）封头冲压时的应力和变形,D处：封头底部,（二）封头冲压时的应力和变形,冲压时，冲头将坯料中心部分压入下模，中心点 o附近的坯料 处于两向拉伸应力状态，切向拉应力随着距 o点距离的增加而减小，到某一直径为零，然后变成压力。,（二）封头冲压时的应力和变形,由于坯料的连续性，中心部位的拉伸位移将冲头的作用力传至坯料的平法兰部分，使其产生足以发生拉伸变形的径向力r，平法兰在r的作用下向中心移动，逐渐进入冲头和下模的间隙，成为椭圆面和直边。由于圆环面在向中心移动时圆周方向的尺寸逐渐减小，这时相邻部分的金属互相作用产生环向压缩力t。,（二）封头冲压

4、时的应力和变形,在冲压的过程中，坯料的径向拉伸是至始直终的；而环向的变形则随到中心的距离而变化，使得坯料厚度发生变化。究竟是减薄还是增厚，取决于r和t的比例关系。,（二）封头冲压时的应力和变形,2.径向应力分析,当坯料完全报裹下模圆角时，r达最大值。,（二）封头冲压时的应力和变形,3.切向压缩应力的影响及折皱的产生,平法兰部分产生的切向压缩力t的理论计算式为：,最大环向应力在坯料的最外缘。压缩量(坯料外缘)。封头越深，毛坯直径越大，压缩量就越大。,此压缩量可能向三个方向流动:增加边缘厚度；拉伸时向中心流动，以补充径向拉薄；向外自由伸长。,3.切向压缩应力的影响及折皱的产生,1.影响折皱产生的主

5、要因素是D0/和切向应力t的大小。D0/值越小，坯料的刚度越好，坯料边缘的稳定性越 好，不易起皱。,2.在D0/一定的条件下，（D0-Dm）值越大（封头越 深），越容易起皱。,3.折皱的产生还和坯料的加热温度高低及均匀性有关。,4.坯料是否有焊缝，焊高是否合适及对口错变量是否合 要求。,5.冲头与下模的间隙大小及均匀性。,6.下模圆角大小和润滑情况有关。,3.切向压缩应力的影响及折皱的产生,封头产生折皱的危害：1.很难通过上下模之间的间隙，因而容易使坯料产生过大的拉应力而被拉断。2.有时即使有皱折的坯料拉过了下模，影响封头的质量。行之有效的方法是采用压边法。,4.压边力,碳钢和普通低合金钢当D

6、0-Dm20或Dm90（标准椭圆形封头）时，可以不压边，否则必须压边。不产生折皱的最佳压边力是一个变值 压边力的计算公式见187页7-27到7-30。,5.冲压力的计算,冲头的总压力按下式计算一般，有压边无润滑时取上限。,5.冲压力的计算,对于碳钢 18mm，取700的b作计算依据；2025时，取750的b作计算依据；26mm时，取800的b作计算依据。对于不锈钢取850的b作计算依据。,（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压,1.薄壁封头的冲压,一般是指D0-Dm45的封头,20D0-Dm45时，可以用压边法冲压，质量有保证。,D0-Dm20,（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压,(1)两次或三次成型冲压

7、,（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压,(1)两次或三次成型冲压,坯料失稳最危险的时刻是Dc增大到恰好等于坯料上切应力t等于零的直径时。,（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压,(2)有间隙压边法,这种压边力变化规律与最佳压边力的变化规律非常接近,间隙的大小要适当，间隙推荐值见表7-11。,（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压,(3)带坎（筋）拉伸、反拉伸成形法,（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压,(3)带坎（筋）拉伸、反拉伸成形法,在不增加压边力的前提下，增大径向拉应力，刚度增加，变性抗力增加；使封头和板料的接触半径增大，减小危险段的宽度和环向压力值,拉伸比D0/Dm越大，越容易起皱,（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压

8、,(4)夹板成形法,只用于钛等贵金属,（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压,2.厚壁封头的冲压,D0-Dm6的叫厚壁封头,变形后边缘变得特别厚，通过下模圆角时的阻力特别大,（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压,2.厚壁封头的冲压,（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压,2.厚壁封头的冲压,（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压,2.厚壁封头的冲压,分瓣冲压,坯料直径大于冲压机开挡；冲压力超过冲压机吨位；封头直径大，壁薄，整体冲压容易起皱。,（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压,3.双金属板（复合板）封头的冲压,对于这类钢板冲压时应注意的事项有以下几点：,加热时，两层金属的热胀系数不同；,高温下两种金属的变形抗力不同，所以流动特

9、点不同；,高温下金属的活动能量增加，两种金属会互相渗透；,高温性质不同。,(四)封头冲压模具,：当压机吨位400吨时=30-40mm 当压机吨位1500吨时=70-80mm,a.上模（冲头）结构及主要设计参数,Dsm,Dsm,Ho,Hsm,(四)封头冲压模具,b.下模（冲环）结构及主要设计参数,上下模具的间隙:a,下模内径：,(四)封头冲压模具,b.下模（冲环）结构及主要设计参数,下模圆角半径：r,根据经验：当采用压边圈时，r=（2-3）；当不采用压边圈时，r=（4-6）,r1=80-150mm；r2=(3-4)；=30-40,(四)封头冲压模具,b.下模（冲环）结构及主要设计参数,下模直边高

10、度：h1=(40-70)mm,下模总高度：h=(100-250)mm,下模外径:D1=Dxm+(200-400),D D0；H；D2 Dxm,(四)封头冲压模具,c.压边圈结构及其设计参数,内径：,外径：,厚度：,思考题,简述封头冲压过程中坯料各点的受力情况。分析封头冲压时径向应力的作用和影响。分析封头冲压时切向应力的作用和影响。简述薄壁封头和厚壁封头的冲压工艺。,7.2.2 封头的旋压成形,（1）旋压成形的特点,使毛坯旋转的同时，用简单的工具使毛坯逐渐变形，成为所需零件形状。,工具简单，省工时；,金属的变形速度小，无减薄和增厚现象，无折皱；,属于冷加工无氧化和烧损现象；,占地少，重量轻。,7

11、.2.2 封头的旋压成形,不足之处：,1.属于冷加工，对于有些钢材需要焊后热处理，以 消除冷加工硬化的影响。,生产率低。,7.2.2 封头的旋压成形,（2）旋压成型的方法,a.单机旋压法：,将压鼓与翻边在一台旋压机上一次完成。,最常用的有联机法和单机法两种,b.联机旋压法,将封头成型过程分为压鼓与翻边两个独立过程。,7.2.2 封头的旋压成形,a.单机旋压 之 有模旋压法,7.2.2 封头的旋压成形,a.单机旋压 之无模旋压法,7.2.2 封头的旋压成形,a.单机旋压 之冲旋联合法,7.2.2 封头的旋压成形,b.联机旋压,目前国内外冷成形大中型容器封头，最经济合理的方法，就是两步法(压鼓翻边

12、法)成型。,所谓“两步法”是指封头的拱顶部分(相应于封头母线上的大弧段)与其侧边(相应于封头母线上的小弧段与直边段)的形成，分别在压鼓机与旋压翻边机两台设备上完成。,1.油压缸 2.上胎 3.导辊 4.导辊架 5.丝杆 6.手轮 7.导辊 8.驱动辊 9.电机 10.减速箱 11.压力杆 12.毛坯,1.上转筒 2.下转筒 3.主轴 4.底座 5.内旋辊 6.内辊水平轴 7.内辊垂直轴 8.加热炉 9.外旋辊 10.外辊水平轴 11.外辊垂直轴,7.2.3 封头的爆炸成形,郑哲敏 爆炸力学、应用力学和振动专家。原籍浙江鄞县，生于山东济南。1947年获清华大学学士学位。1949年、1952年分别

13、获美国加州理工学院硕士、博士学位。中国科学院力学研究所研究员。早期从事弹性力学、水弹性力学、振动及地震工程力学研究。1960年开始爆炸力学研究、地下核爆炸和穿破甲等方面的应用以及金属板爆炸复合与应用。提出了惯性模，开展了模具强度、自由成形、爆炸成形材料的动态力学性能、爆炸载荷等方面的理论和实验研究工作，取得了重要成果。同时解决了成形参数与工艺问题，开辟了力学与工艺相结合的“工艺力学”的新方向，为爆炸成形工艺在我国的建立和推广应用做出了贡献。1980年当选中国科学院院士。,7.2.3 封头的爆炸成形,它是利用炸药爆炸时释放的巨大能量，使瞬时 产生的巨大爆炸力通过介质（水或砂子）传到钢上，使钢板高

14、速通过下模。钢板因高速变形产生的摩擦热而升到高温，处于一种超塑流体状态，在模具或环境的作用下发生弯曲变形和塑性流动而成型。,（10-6s）,7.2.3 封头的爆炸成形,为什么爆炸成形法能使钢板在炸药爆炸的瞬时，承受巨大的压力，并在没有冲头的情况下通过下模成形，而且一般不产生折皱和鼓包？,1.变形速度快,2.各方向压力均匀,7.2.3 封头的爆炸成形,模具尺寸 按（7-52）确定。炸药性能及用量 用量和毛坯的尺寸相关，可通过p198页方法确定。药包的形状及放置高度 椭圆形封头常用锥形炸药包，因为其顶部产生的冲击波较弱，而锥面产生的冲击波较强。水封的高度 水不仅可压缩性小本身消耗的变形能少，而且各向同性，向个方向传递压力 均匀，传压效果好，而且取用方便。通常为炸药包吊高的倍。,