现代过程装备制造技术成形加工.pptx
7.1 筒节的弯卷成形7.2 封头的成形7.3 管子的弯曲第1页/共74页7.1 筒节的弯卷成形设备：卷板机分类：冷卷、热卷、温卷第2页/共74页7.1 筒节的弯卷成形1.弯卷成形过程调整设备，轴线平行；把板坯装入上下辊之间；上辊下压，将板坯压弯；第3页/共74页7.1 筒节的弯卷成形驱动两下辊旋转，板坯借助摩擦力而移动，并带动上辊转动。板坯移动过程中，连续通过最大受力位置（上辊最低线），使整个板坯（除两端）产生均匀一致的塑性变形，得到一定曲率的弧形板。第4页/共74页7.1 筒节的弯卷成形通常一次弯卷很难达到所要求的变形程度，经过几次反复，可将钢板弯卷成一定弯曲半径的筒节。7.1.1 冷卷成形的特点7.1.2 热卷成形的特点7.1.3 卷板机及弯卷工艺第5页/共74页7.1.1 冷卷成形的特点冷卷成形概念：通常是在室温下成型、不需要加热设备。特点：成型过程不产生氧化皮，操作工艺简单且方便操作，费用低。v钢板弯卷的变形率钢板弯卷的变形率v注意注意弯卷前后，中性层长度不变。沿钢板厚度方向，钢板塑性变形程序是不同的；外侧伸长，内侧缩短。第6页/共74页7.1.1 冷卷成形的特点按外侧 相对伸长量计算变形率或结论：钢板越厚、筒节的弯卷半径越小，则变形率越大。（双向拉伸，如筒体折边、冷压封头）（单向拉伸，如钢板卷圆）第7页/共74页7.1.1 冷卷成形的特点临界变形率冷弯变形率达到临界变形率，材料在随后热切割、焊接或热处理时，将产生粗大的再结晶晶粒，会降低力学性能。金属材料冷弯后产生粗大再结晶晶粒的变形速率，称为金属的临界变形率。钢材的理论临界变形率范围为5%10%。实际生产中要求 5%，一般控制在 2.5%3%。HG 20584钢制化工容器制造技术要求碳素钢 3%；低合金钢 2.5%；奥氏体不锈钢 15%第8页/共74页7.1.1 冷卷成形的特点最小冷弯半径Rmin钢板冷弯卷制筒节时，筒节的要大于或等于最小冷弯半径，否则要考虑进行热处理。碳素钢 3%，/Dm 3%，/Rm 6%Rmin=100/6=16.7低合金钢 Rmin=20奥氏体不锈钢 Rmin=3.3随着变形率的增大，即塑性变形增大，在金属内部晶格发生严重歪扭和畸变，金属的强度、硬度上升，而塑性、韧性下降，称为冷加工硬化。其产生的组织使变形抗力增加，成形的动力消耗增加，影响成形质量。第9页/共74页7.1.1 冷卷成形的特点温卷成形概念：钢板加热到500600进行的弯卷。由于是在钢材的再结晶温度以下，因此其实质仍属于冷卷，但它具备热卷的一些特点。防止冷加工硬化的产生、塑性和韧性大为提高，不产生内应力，减轻卷板机工作负担。同时克服钢板的氧化、脱碳等现象。第10页/共74页7.1.2 热卷成形的特点热卷成形概念：在再结晶温度以上的弯卷，又称热变形。特点：防止冷加工硬化的产生、塑性和韧性大为提高，不产生内应力，减轻卷板机工作负担。应控制合适的加热温度。温度高：塑性好、易于成形，变形的能量消耗少。温度过高：过热或过烧，加重氧化、脱碳现象。一般取9001100，弯曲终止温度不应低于800。第11页/共74页7.1.2 热卷成形的特点应控制合适的加热速度。加热速度快：加热时间短，内外温差大，容易出现缺陷。加热速度慢：加热时间长，增加钢材与炉内氧化性H2O、CO2、O2等气体反应，产生氧化、脱碳等现象；氧化皮直接影响成形（麻点、压坑）。需要加热设备，费用较大，在高温下加工，操作麻烦，钢板减薄严重。对于厚板或小直径筒节通常采用热卷。当卷板时变形率超过要求、卷板机功率不能满足要求时，都需采用热卷。第12页/共74页7.1.3 卷板机及弯卷工艺1.对称式三辊卷板机工作原理主要特点构造简单，价格便宜，应用很普遍。被卷钢板两端各有一段无法弯卷而产生直边。通常进行预弯曲。第13页/共74页第14页/共74页7.1.3 卷板机及弯卷工艺1.对称式三辊卷板机可调参量上下辊的垂直距离h第15页/共74页7.1.3 卷板机及弯卷工艺1.对称式三辊卷板机直边产生：对称三辊卷板机上钢板的最大塑性弯曲发生在上辊接触处，即两下辊支点的中央，因而在钢板两端约为两下辊距一半的长度上曲率不足，称为直边。后果：筒节不能完成整圆，也不利于校圆、组对、焊接等工序的进行。第16页/共74页7.1.3 卷板机及弯卷工艺2.其他型式的卷板机下辊垂直移动三辊卷板机工作原理放料；预弯板左端；下辊复位，板坯移动到另一端；预弯板右端；右下辊复位，把钢板弯卷成无直边的圆筒。特点：操作简单，结构不复杂，在生产上得到较普遍的应用。第17页/共74页7.1.3 卷板机及弯卷工艺不对称式三辊卷板机工作原理放料，下辊上移压紧料坯；用旁辊预弯板右端；旁辊复位，移动板坯到另一端；用旁辊预弯板左端；旁辊下调到合适位置，旋转辊子，使钢板弯卷成形。特点：不仅可卷圆筒节，由于旁辊两端可分别调节，故也可弯卷锥形筒体。第18页/共74页7.1.3 卷板机及弯卷工艺两下辊同时水平移动的三辊卷板机上辊作水平移动的三辊卷板机第19页/共74页7.1.3 卷板机及弯卷工艺对称式四辊卷板机工作原理放料、找正、压紧；升起左侧辊对右端预弯；左侧辊调节到合理位置，回转辊子使筒体预成形；到另一端时，上升右侧辊，对左端预弯；将右侧端调节到合理位置，连续弯卷，直到卷成需要的筒节为止。特点一次安装可以卷成一个圆筒，不留直连，故加工性能较先进。但其结构复杂，辊轴多用贵重合金钢制造，加工要求严格，造价高。第20页/共74页7.1.3 卷板机及弯卷工艺立式卷板机工作原理弯卷时，钢板放入辊1和柱2之间，压紧轮3靠液压力始终将钢板紧压在辊1上，两侧支柱2朝辊1方向推进将钢板局部压弯。然后支柱2退回原位，驱动辊1使钢板移动一定距离，两侧支柱2再向前将钢板压弯。特点1主动轮，2侧支柱，3压紧轮间歇地、分级地将钢板压弯成筒节，压弯力强，钢板一次通过弯曲成形；热卷厚板时，氧化皮不会落在辊筒与钢板之间，可以避免表面产生压坑等缺陷；卷大直径薄壁筒节时，不会因钢板的刚度不足而下塌；弯卷时，钢板与地面摩擦，薄壁大直径筒节有拉成上下圆弧不一致的可能。第21页/共74页7.1.3 卷板机及弯卷工艺3.卷板机的主要工作参数卷板机的工作能力和卷制范围由卷板机的技术性能和主要工作参数来决定。同种卷板机的主要参数见下表：卷板机可卷制的最小圆筒直径的计算：Dmin=d1+(0.150.20)d1 d1卷板机的上辊直径第22页/共74页7.1.3 卷板机及弯卷工艺4.卷板机的扩大使用卷板机的主要工作参数是根据某一材料（通常为低碳钢）在常温下，按一定的板厚、板宽等卷制条件来设计的。当使用条件与设计条件不同时，如冷卷、热卷、板宽改变、弯卷曲率改变等，可以进行适当计算以扩大使用。5.筒节弯卷的回弹估算弯卷钢板在辊子压力下既有塑性弯曲，又有弹性弯曲，故钢板卸载后，会有一定的弹性恢复，即回弹。热弯卷：回弹量小，不予考虑。冷弯卷：回弹量大，过卷以尽量控制回弹量；最终成形前进行一次退火处理。6.筒节弯卷的工艺减薄量第23页/共74页补充：筒节卷圆常见的外形缺陷过弯原因：下压量过大防止方法：及时用样板检查弯曲度锥形原因：两端下压量不同，致使上下辊轴线互不平行第24页/共74页补充：筒节卷圆常见的外形缺陷鼓形原因：辊轴刚性不足（相当于中部下压量不足）棱角原因：预弯不足或过量歪斜卷圆前定位出错，板坯歪斜第25页/共74页作业11.冷卷成形的概念及特点。2.热卷成形的概念及特点。3.P211 7-3第26页/共74页7.2 封头的成形第27页/共74页7.2 封头的成形第28页/共74页7.2 封头的成形7.2.1 封头的冲压成形7.2.2 封头的旋压成形7.2.3 封头的爆炸成形7.2.4 封头制造的质量要求第29页/共74页7.2.1 封头的冲压成形1.冷、热冲压条件区别：冲压前毛坯是否预先加热依据材料的性能常温下塑性较好的材料，可采用冷冲压；热塑性较好的材料，可采用热冲压。毛坯的厚度与毛坯料直径Do之比即相对厚度第30页/共74页7.2.1 封头的冲压成形2.毛坯热冲压的加热过程a.控制加热温度温度高，降低冲压力和有利于钢板变形温度过高，会使钢材的晶粒显著长大,甚至形成过热组织,使钢材的塑性和韧性降低。严重时会产生过烧组织，可能发生碎裂。第31页/共74页7.2.1 封头的冲压成形2.毛坯热冲压的加热过程b.缩短加热时间时间越长，氧化越严重。保证钢板加热的温度分布均匀和不产生过大热应力的情况下，应缩短钢板的加热时间。对导热性较差的合金钢，可增加保温时间，减慢加热速度。第32页/共74页7.2.1 封头的冲压成形3.冲压加工常用的润滑剂为了有利于钢板的塑性变形，提高冲压模具寿命和封头表面质量，封头冲压时常采用润滑剂。第33页/共74页7.2.1 封头的冲压成形4.冲压过程装料将封头毛坯对中放在下模上；压边圈压紧坯料开动水压机，液压缸推动上模、压边圈向下移动；压边圈 首先与毛坯接触并压紧坯料。第34页/共74页7.2.1 封头的冲压成形4.冲压过程弯曲、胀形当凸模下降与料坯接触时，下模 弯角处 料坯开始弯曲，凸模底部少量料坯承受全部变形力，并开始产生胀形；胀形、拉伸随着胀形变形区的扩大，冲压力增大，同时法兰部分料坯开始流动，产生料拉伸变形。第35页/共74页7.2.1 封头的冲压成形4.冲压过程成型毛坯完全通过下模后，封头成型；脱模上模上移，打料杆将包在上模上的封头脱下。一次成形冲压过程。封头冲压属于拉延过程。打料杆脱模第36页/共74页7.2.1 封头的冲压成形5.冲压的应力和变形a.典型位置应力变形特点处于压边圈下部的毛坯边缘A部分由于冲头的下压力使其受经向拉伸应力r，并向中心流动（产生经向应变），坯料外直径减小；边缘金属沿切向收缩，产生切向压缩应力t，会使毛坯边缘丧失稳定而产生折皱；为了避免折皱的产生，常用压边圈将边缘压紧，则在板厚方向又产生了压应力n。第37页/共74页7.2.1 封头的冲压成形5.冲压的应力和变形a.典型位置应力变形特点处于下模圆角处于下模圆角B部分部分除经向拉伸应力和切向压缩应力，还受到弯曲而产生弯曲应力。在冲头与下模空隙的在冲头与下模空隙的C部分部分受经向拉伸应力和切向压缩应力，而板厚方向不受力，处于自由状态，越接近下模圆角处切向压缩应力越大，所以薄壁封头在毛坯外径缩小到此区时，容易起皱。封头底部封头底部D部分部分经向和切向都受到拉应力，有较小的伸长，所以厚度略有减薄。第38页/共74页7.2.1 封头的冲压成形5.冲压的应力和变形b.应力定性分析经向应力分析坯料下表面完全包住下模圆角时，经向拉应力达到最大值。影响最大经向拉应力的因素：金属的变形抗力、封头直径、毛坯直径、摩擦力及弯曲力等。毛坯本身的变形抗力引起的应力摩擦力引起的应力a)毛坯表面与压力圈b)毛坯下表面与下模圆角弯曲引起的应力第39页/共74页7.2.1 封头的冲压成形5.冲压的应力和变形b.应力定性分析切向应力分析最大切向应力在坯料的最外缘。坯料外缘周边的压缩量封头越深，毛坯直径越大，压缩量越大常见缺陷鼓包：金属局部纤维的变形量大于其他部位引起的。折皱：切向应力作用下，容易丧失稳定而起皱。第40页/共74页7.2.1 封头的冲压成形6.压边条件和压边力的计算压边圈作用使毛坯料只能在压边圈与下模之间滑动，增加了稳定性；压边圈产生的摩擦力作用下，增加了经向拉应力，有利于防止封头鼓包的产生。压边圈条件热冲压标准椭圆形封头的条件 (DoDn)(1820)压边力过大，增大了摩擦力，即增大了拉应力，会使封头拉薄，甚至拉裂；过小，不能防止折皱的产生。最适宜的压边力是一个变值，要求设计一个能作相应变化的特殊液压或气动装置。目前生产大多采用固定压边力的压边圈，取保证不起折皱的最低压力值。第41页/共74页7.2.1 封头的冲压成形7.冲压力计算8.冲压加工后的封头壁厚变化第42页/共74页7.2.1 封头的冲压成形9.不同类型封头的冲压成形a.薄壁封头(D0Dm)45多次冲压成形法第43页/共74页7.2.1 封头的冲压成形9.不同类型封头的冲压成形a.薄壁封头(D0Dm)45有间隙压边法、带坎拉深法和反拉深法(D0 Dm)/=12022060(D0 Dm)/120 第44页/共74页9.不同类型封头的冲压成形b.厚壁封头(D0Dm)6c.复合钢板封头复合钢板在加热时，基层和复层线膨胀系数不同；在相同的应力下，流动特点不同，产生的变形不同。结合区易产生裂纹，甚至撕裂、起折皱。最常见是直边部分；无论厚度如何，冲压时都必须采用压边圈。7.2.1 封头的冲压成形第45页/共74页9.不同类型封头的冲压成形d.封头上设计有人孔的冲压加工7.2.1 封头的冲压成形第46页/共74页10.冲压模具设计a.上模（冲头）上模直径上模曲面部分高度上模直边高度上模上部直径上模壁厚7.2.1 封头的冲压成形第47页/共74页10.冲压模具设计b.下模（冲环）上下模间隙下模内径下模圆角半径下模直边高度下模总高度下模外径下模座c.压边圈7.2.1 封头的冲压成形第48页/共74页7.2.2 封头的旋压成形冲压成形法需要大吨位、大工作台面的水压机，大吨位冲压模具，成本高。采用分片冲压拼焊法也需要制造冲压瓣片的模具，组焊工作量大、工序多、工期长、成本高、质量不易保证、焊缝常与封头上开也有矛盾等。旋压成形法大型封头制造的主要方法原理：逐点、依次成形，基本是靠弯曲来达到成形目的设备：旋压机第49页/共74页7.2.2 封头的旋压成形1.旋压成形的特点优点适合制造尺寸大、壁薄的大型封头；旋压机比水压机轻巧，制造相同尺寸的封头，比水压机约轻2.5倍；旋压模具比冲压模具简单、尺寸小、成本低。同一模具可制造直径相同而壁厚不同的封头；工艺装备更换时间短，占冲压加工的1/5左右；封头成形质量好，不易产生减薄和折皱；压鼓机配有自动操作系统，翻边机的自动化程度也很高，操作条件好。第50页/共74页7.2.2 封头的旋压成形1.旋压成形的特点不足冷旋压成形后对于某些钢材还需要进行消除冷加工硬化的热处理；对于厚壁小直径（小于等于1400mm）封头采用旋压成形时，需在旋压机上增加附件，比较麻烦，不如冲压成形简单；旋压过程较慢，生产率低于冲压成形。第51页/共74页7.2.2 封头的旋压成形2.旋压成形的方法a.单机旋压法有模旋压法第52页/共74页7.2.2 封头的旋压成形2.旋压成形的方法a.单机旋压法无模旋压法第53页/共74页7.2.2 封头的旋压成形2.旋压成形的方法a.单机旋压法冲旋联合法第54页/共74页7.2.2 封头的旋压成形2.旋压成形的方法b.联机旋压法第55页/共74页7.2.3 封头的爆炸成形工作原理利用高能源炸药在极短时间内（约10-6s）爆炸所产生的巨大冲击波，并通过水或砂子等介质作用在封头毛坯上，迫使其产生塑性变形而获得所要求形状、尺寸的封头。方法有模爆炸成形无模爆炸成形第56页/共74页7.2.3 封头的爆炸成形1.有模爆炸成形特点封头成形质量好，可达到要求的形状、尺寸及表面粗糙度，壁厚减薄较小；经退火处理力学性能可改善；设备简单，不需要其他大型配套装备；操作方便、效率高、成本低，对成批生产更为有利。影响封头爆炸成形质量的因素a.炸药种类及用量：决定于毛坯的尺寸b.炸药包的形状：与封头成形的形状、尺寸有关c.压力传递介质：砂子或水d.模具尺寸设计第57页/共74页7.2.3 封头的爆炸成形2.无模爆炸成形原理通过控制载荷的分布来达到控制封头成形的目的。特点装置简单，成本低，操作方便；封头弯曲度均匀，表面光滑，成形质量好；冲击波呈球面传播，故可制造其他成形方法难以制造的球形封头。第58页/共74页7.2.4 封头制造的质量要求封头应尽量用整块钢板制成,必须拼接时,焊缝数量及位置，应满足封头的划线技术要求。封头冲压前，应清除钢板毛刺；冲压后去除内外表面的氧化皮,表面不允许有裂纹等缺陷。对于微小的表面裂纹和高度达3mm的个别凸起应进行修整。人孔板边处圆柱部分上距板边圆弧起点大于5mm处的裂口，经检验部门同意后，可修磨、补焊，修磨后的板厚不得超过表7-15的规定。缺陷补焊后应进行无损检测。封头和筒体对接处的圆柱部分长度L应符合表7-16的规定。球形封头可取L为零。封头的几何形状和尺寸偏差不应超过表7-15和表7-17的规定。第59页/共74页作业21.简述冲压过程。2.P211 7-4、7-6第60页/共74页7.3 管子的弯曲7.3.1 管子弯曲的应力分析和变形计算7.3.2 弯管方法7.3.3 管件制造的技术要求第61页/共74页7.3.1 管子弯曲的应力分析和变形计算1.应力分析及易产生的缺陷管子在弯矩M作用下发生纯弯曲变形时，中性轴外侧管壁受拉应力1；随着变形率的增大，拉力逐渐增大，管壁可能减薄，严重时可产生微裂纹；内侧管壁受压应力2的作用，管壁可能增厚，严重时可使管壁失稳产生折皱；第62页/共74页7.3.1 管子弯曲的应力分析和变形计算1.应力分析及易产生的缺陷同时在合力N1与N2作用下，使管子横截面变形。若管子是自由弯曲，变形将近似为椭圆形；若管子是利用具有半圆槽的弯管模进行弯曲，则内侧基本上保持半圆形，而外侧变扁。第63页/共74页7.3.1 管子弯曲的应力分析和变形计算1.应力分析及易产生的缺陷缺陷的影响因素当相对弯曲半径 R/dw和相对弯曲壁厚/dw越小；即弯曲半径R越小，管子公称外径 dw越大，管子壁厚 越薄时，弯管缺陷越容易产生。第64页/共74页7.3.1 管子弯曲的应力分析和变形计算2.变形率要求及变形量计算a.变形率要求HG 20584钢制化工容器制造技术要求对钢管冷弯曲的变形率规定。P201实际生产中控制管子弯曲变形率的主要方式是控制管子弯曲的半径，弯曲半径越小、变形率越大，就越容易产生弯管缺陷。第65页/共74页7.3.1 管子弯曲的应力分析和变形计算2.变形率要求及变形量计算b.变形量计算椭圆率弯管外侧壁厚减薄量弯管伸长量第66页/共74页7.3.2 弯管方法冷弯、热弯考虑变形难易程度及防止缺陷产生有芯弯管、无芯弯管考虑弯管后形状、尺寸及防止缺陷产生手工弯管、机动弯管考虑效率、质量、能力压（顶）弯、滚压弯、拉弯、冲弯考虑外力作用方式第67页/共74页1.冷弯或热弯方法的选择管子的尺寸规格和弯曲半径。通常管子的外径大、管壁较厚、弯曲半径较小时，多采用热弯，相反则采用冷弯。管子材质低碳钢、低合金钢可以冷弯或热弯；合金钢、高合金钢应选择热弯。弯管开关较复杂，无法冷弯，可采用热弯。不具备冷弯设备、采用热弯。7.3.2 弯管方法第68页/共74页7.3.2 弯管方法2.冷弯方法及特点a.手动弯管法第69页/共74页7.3.2 弯管方法2.冷弯方法及特点b.拉拔式弯管法第70页/共74页7.3.2 弯管方法3.热弯方法及特点碳钢管 950 1000 低合金钢管 1050 18-8型不锈钢管 1100 1200 第71页/共74页7.3.3 管件制造的技术要求以换热管的设计、制造为例。1.换热管的拼接同一根换热管，其对接焊缝数量不得超过直管一条或U形管两条。最短管长不得小于300mm。U形管段(包括至少50mm直管段)的范围内不得有拼接焊缝。对口错边量应不超过管子壁厚的15%，且不大于0.5mm。对接后，焊接接头进行通球检查，以钢球通过为合格。对接焊接接头应作焊接工艺评定。对接焊接接头应进行射线检测。对接后的换热管，应逐根做液压试验，试验压力为设计压力的两倍。第72页/共74页作业3P211 7-7第73页/共74页感谢您的观看！第74页/共74页
