化工机械制造技术第四章 化工设备制造的主要工序

第四章 化工设备零件制造的主要工序
• 教学要求： 1．掌握各工序的加工过程 2．熟悉各工序所用的主要机具、设备的结构原理、 用途与操作 3．熟悉设备制造常用的材料的牌号、规格、产地 价格等
• 教学建议： 与生产实习结合，加强动手能力、实践技能的培 养。
第一节 原材料准备
一、材料的净化
1．净化的目的 • （1）清除油污、锈蚀
图 4-52应用样杆弯管 1—插销；2—垫片；3—弯管平台； 4—管子； 5—样杆； 6—夹箍；
7—钢丝绳； 8—插销孔
图 4-53 应用样板弯管 1—插销；2—垫片；3—弯管平台； 4—样板（胎膜）； 5—管子；6—夹箍；
7—钢丝绳； 8—插销孔
（2）中频加热弯管
1—转臂； 2—变压器； 3—感应圈； 4—导向辊； 5—支撑块； 6—管子； 7—夹头
标准碟形封头：小R处减薄量最大
（2）褶皱：板坯加热不均
• 材料塑性好
• 压紧力过小
变形过(大来不及变形)
• 模具间隙过大
• 模具表面粗糙
（3）鼓包：压边力过小，模具间隙过大，气体积聚
（4）椭圆
（5）裂纹
冲压加工后壁厚变化
6.冲压成型的特点： ①模具多，成本高 ②效率高 ③连续变形，冲压力大，能耗大，成本高 ④减薄量大 ⑤直径有限 举例：DN1000*40的球形封头，最小厚度为
6000吨油压机 冲压成型下模圈
Hale Waihona Puke 水压机热压封头 冲压成型半球封头
4.冲压工艺
划线下料——坡口加工——焊接——探伤——焊缝磨平— —板坯加热——冲压——定径——封头边缘余量的切割
5.冲压成型缺陷
（1）减薄 ：中间减薄，边缘（直边）增厚
球形封头：底部变形最大，减薄最大
椭圆形封头：直边增厚，曲率愈大减薄量愈大
碳弧气刨实质? 3 、用途及范围：一般用于碳钢，用于不锈钢易增碳,引起晶 间腐蚀
碳弧气刨清理焊根
新型切割方法-----高压水射流切割 利用高压水作携带能量的载体，加入细微颗粒 对各类材料进行切割，穿孔操作
优点： ①适用各种材料，金
属、非金属，软硬 皆可 ②切割无火花，无热 效应表面层硬化、 表面层组织变化 ③清洁无污染 ④无须加工刀具
3．锥形筒体的弯卷
（1）压弯成型法
（2）小端减速卷制法 （3）卷板机辊子倾斜
二、管子的弯曲
按照操作方式可分为手动弯管和机动弯管；按照弯管时管子 是否加热分为冷弯和热弯；按照施力方向可分为拉弯、压弯 和冲弯
1．管子的冷弯
无芯弯管
有芯弯管
（1）弯管器弯管 手动弯管器
（2）电动弯管机弯管
2．管子的热弯 （1）炉内加热弯管 划线 ——充砂 ——加热——弯曲——冷却、清砂——热处理
4 、展开实例介绍 （1）筒体展开 （2）无折边锥体展开 （3）半球形封头展开 （4）标准椭圆封头展开 （5）带折边锥体的展开 （6）碟形封头展开 （7）相贯线的展开：作图法
二、 划线（号料）——将展开图画到板料上 （1）直接划线：筒体 封头 （2）样板划线：首先将展开图画在纸板上或铁皮 上，做成样板再进行划线
切割（下料或落料）：将零件坯料按划线切割下来 一、 机械切割： （1）锯切——管料，棒料 （2）剪切 型材：联合冲剪机 板材：剪板机 闸门式剪板机（平口、斜口）——剪直线 滚剪机和振动剪床——剪曲线
注意：闸门式剪板机剪板切口边缘2-3mm内有弯曲变形和 冷作硬化现象，重要零件须消除（刨边或退火处理）
第二篇 化工设备制造工艺 概述
一、化工设备的主要零件
化工设备大都由容器和内件组成，容器又都由筒体、 封头、法兰、接管、支座等所构成
二、设备制造工序及其特点
• 主要工序：备料、放样划线、切割、边缘 加工、弯曲和冲压、拼装、焊接、矫形、 焊缝质量检验、热处理、装配、压力试验、 密封试验以及表面处理等
• 制造特点：工序顺序基本固定、工艺装备 基本相同、多为单件小批生产、统一标准 和规范
联机旋压法
图 4-62 压鼓机工作示意图 1—油压缸； 2—上胎（下胎未画出）； 3—导辊；4—导辊架；5—丝杠；6—手轮；
7—导辊； 8—驱动辊；9—电机； 10—减速箱； 11—压力杆；12—工件
图 4-63 翻边机工作原理图
冷旋压成型 热旋压成型
旋压成型封头
2.单机法：压凸，翻边在一台机器上连续完成 冲旋联合：中间压凸部分冲头冲压成型，边缘旋压
1、2——矫平辊， 3～6——成型辊，7，8引导辊，9——机座
轧辊形状
图4-28 高压水射流装置示意图 1—增压器；2—泵；3—混合过滤 器；4—供水器；5—蓄能器；6—控制器； 7—阀；8—喷嘴；9—射流；10—工件 11—排水道；12—喷口至工件表面的距
离：13—液压装置
五、 边缘加工
1目的：① 去除切割边缘缺陷 ②加工坡口
2 坡口加工方法：
刨边机 封头 边缘加工
（一)冲压成型:连续变形 1.冲压设备:水压机或油压机 2.冲压成型模具: 整体冲压：上冲头、下模圈压边圈压紧板坯 ，注意上下模
之间间隙 分片冲压： 上冲头、下模 球封头：整体冲压难，分片冲压易 椭圆封头：整体冲压易，分片冲压难
3. 冲压过程: 加热板坯—— 放 置下模正中—— 启动压力机—— 活动横梁下移 — — 压边圈压紧板 坯——冲头向下 冲压——板坯拉 伸变形包在冲头 上,通过下模—— 冲头压边圈提起
图4-2 辊式矫形机工作原理图
图4-3 型钢弯曲矫形机
图4-4 型钢矫正辊的形状
1—后横梁；2—支承块； 3—工件；4—支承辊；
5—冲压头； 6—滑块；7—主缸
3．火焰加热矫形——对凸出部位加热
图4-5 火焰加热矫形
第二节 划线
展开—— 划线（号料）—— 标号
一、展开—— 将立体零件的表面摊平 1 、分类 （1） （母体为直线）可展：筒体，无折边锥体 （2）（母体为曲线）不可展：椭圆形封头，球形 封头，碟形封头，带折边锥形封头 2、 展开原理：变形前后中性层尺寸不变理论 3 、展开方法： （1）可展面：精确计算法 （2）不可展面：近似计算法—— 等弧长法、等 面积法、经验公式法
38.2mm，问采用40mm的钢板冲压是否足够？
（二）旋压成型：分步逐步变形（ 压凸和翻边 ） 分为两步，首先使板坯中间压凸，逐点压鼓变形， 曲率半径逐渐变小，然后利用内外旋转翻边，逐 点旋压直到要求的曲率
特点——逐点压制变形 1.联机法：借助于压鼓机，翻边机联合完成 特点：模具小，成本低
减薄量小 辅助工序多（如运输，安装等） 效率低
注意： ①预留切割余量、焊缝收缩余量、边缘加工余量 ②排版紧凑，节省材料 ③基准线：保证焊缝错开，开孔避开焊缝
三、标号——作标记，区分其他设备零件，表明 设备号，零件名称，序号，材料等等 同时在切割线、刨边线处打洋冲眼以区别其他 设备零件
碳钢：油漆、打洋冲
不锈钢：记号笔 为 何不能打洋冲？
第三节 切割及边缘加工
第四节 成型
一、钢板的弯卷 （一）基本原理——对钢板施以连续均匀的塑性弯
曲即可获圆柱面 （二）最小弯曲半径——纤维伸长测不产生开裂能
够得到的最小半径 ，根据材料临界变形率的5%控 制
（三）直边的产生——弯卷 时钢板两端不能通过对称三 辊卷板机最大弯曲点，直边 长度约为两下辊间距的一半 （四）卷板机工作原理
闸门式斜口剪板机
图4-15 滚剪机工作原理图 1—上滚刀；2—下滚刀；3—钢板
图4-16 振动剪床示意图 1—下剪刀；2—上剪刀；3—刀座；
4—连杆5—轴承；6—偏心轴
二 、气割（氧气切割、火焰切割）
1、 气割过程
气割本质——金属燃烧 2 、气割主要条件 (1)金属燃点小于金属熔点 (2)金属氧化物（溶渣）的熔点小于金属熔点 (3)金属氧化物的粘度小，流动性好 (4)金属燃烧放热，热量能维持气割过程的连续进行
（3）火焰加热弯管 （4）薄壁管的折皱弯曲
三、型材弯曲
图 4-56 三辊角钢弯卷机 1—上辊； 2—下辊； 3—下辊；4—角钢
图 4-58 转胎式型钢弯卷 (a)水平边向外的角钢； （b）水平边向内的角钢；（c）扁钢
四、封头成型
成型方法 ： 冲压(√)、旋压(√) 爆炸成型(×)炸药用量,炸药铺设要求高
特点：深厚封头加工 有胎旋压：内有全胎，外有旋轮，逐步旋压成型
特点：成型精度高 无胎旋压：无须胎具，通过内外旋轮逐渐压制成型
冲旋联合
有胎旋压和无胎旋压
3.旋压特点： ①减薄量小 ②模具成本低 ③可制造大直径薄壁封头 ⑤效率低
五、补偿器成型
冲压成型
滚压成型
六、半管成型
半圆管形夹套
半管轧制过程示意图
1．对称式三辊卷板机
2．不对称式三辊卷板机
3．对称式四辊卷板机
4．立式卷板机
图 4-37 立式卷板机 1—轧辊；2—侧压杆；3—压紧辊； 4—工件
（五）筒体弯卷工艺 1．预弯
卷板机预弯 1—弯模；2—垫板；3—楔块
冲压预弯
预留直边卷后切除
2．弯卷缺陷
（1）失稳
（2）外形缺陷 a 过弯 b锥形 c鼓形 d束腰 e歪斜 f棱角
3 、气割范围：纯铁，低碳钢，低合金钢 不宜：铸铁，铜，铝及其合金，不锈钢
4 、气割特点： ①设备简单，操作灵活，任何形状均可气割（成本低） ②厚度不限 ③材料有限 ④切口质量低，精度低：存在热影响区 合金元素烧损
提高切口质量的措施（介绍）
（1）氧气纯度 （2）氧气流的压力 （3）割炬后倾：预热充分，切割速度快，精度高 （4）割炬与工件的距离：距离小，空气对氧气流污染少，燃烧充分 （5）割嘴结构改进：高速型——气流压力（速度）增大，吹渣速度快
2、 等离子弧及产生——气体完全电离
注意: 采用高熔点钨作电极，发射电子能力强 3 、等离子弧切割过程： 等离子弧切割实质?
4 、等离子弧切割范围： 切割气割不能割的材料如铸铁，不锈钢，铜，铝及其合
金，陶瓷等 5、 特点
与气割相比，成本高，精度高
数控等离子切割
四、 碳弧气刨切割
主要用途:返修开坡口 1 、碳弧气刨电弧产生： 碳棒作电极（正），钢板（负），直流反接法 2 、碳弧气刨过程：
发展方向：高效率、高精度
数控气割
手工割炬
三 、等离子弧切割
1、自由电弧及产生 A.气体在两极间的一种导电现象 B.产生条件：阴阳两极，外加电场（弧焊电源）
短路——阴极发射电子流——电场加速获得能量——中性 气体粒子碰撞——电离成带电粒子——运动碰撞释放 能量——放出大量光和热，形成电弧
焊接电弧（焊条，焊丝）、 碳弧气刨电弧（焊条换成碳 棒作电极）均为自由电弧
带保护型——C2H2+O2与O2流间设置纯氧保护屏幕 减少杂质污染，燃烧充分，切口干净
（6）采用先进的气割机： 手工气割机：切割轨迹，手动控制 半自动气割机：切割轨迹，自动控制 仿形气割机：以样板为模板切割 光电跟踪气割机：将零件1：10缩小画成仿形图，按图自动切割
省略划线工序。 数控气割机：输入数据，切割精度高，最先进
（2）为下道工序作准 备 （3）酸洗和钝化， 提高耐蚀性
2．净化方法： （1）手工净化——钢 丝刷、砂纸、锉刀、刮 刀
（2）机械净化——电 动砂轮机除锈、喷砂机 除锈
（3）化学净化 ——酸 洗、碱洗
（4）火焰净化
图4-1 喷砂装置工作原理图
二、矫形 1．手工矫形 ——锤打 2．机械矫形 ——滚弯、压弯