封头成形工艺

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1. 2.
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σr,平 法兰在σr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。
1.影响折皱产生的主要因素是D0/δ和切向应力σt的大小。 D0/δ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/δ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。
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。 2. 生产率低。
7.2.2 封头的旋压成形
(2)旋压成型的方法
最常用的有联机法和单机法两种 a.单机旋压法: 将压鼓与翻边在一台旋压机上一次完成 。 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
2.径向应力分析
当坯料完全报裹下模圆角时,σr达最大值。
t D0 2Q r ln s Dm Dm
t s 1 1 . 6 2r
(二)封ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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σt的理论计算式为:
(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
a. 坯料直径大于冲压机开挡;
b. 冲压力超过冲压机吨位;
c. 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: a. 加热时,两层金属的热胀系数不同;
4. 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 。 1. 工具简单,省工时; 2. 金属的变形速度小,无减薄和增厚现象,无折皱; 3. 属于冷加工无氧化和烧损现象 ; 4. 占地少,重量轻。
7.2.2 封头的旋压成形
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
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
下模圆角半径:r
st 2r
根据经验: 当采用压边圈时,r=(2-3)δ; 当不采用压边圈时,r=(4-6)δ
r1=80-150mm;r2=(3-4)δ; α=30º-40º
(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
3. 冲压过程简述
(二)封头冲压时的应力和变形
1. 应 力 状 态 和 变 形
(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)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
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—翻边法)成型。 所谓“两步法”是指封头的拱顶部分(相应于封 头
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
t D0 2Q P r Dm Dm s ln D D m m
t b
st 1 1.6 2r
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D0- Dm≤20δ或 Dm≤90δ(标准椭圆形封头)时,可以不压 边,否则必须压边。
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。
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
H 0 h H1 H 2 H 3
δ: 当压机吨位≤400吨时δ=30-40mm
当压机吨位≥1500吨时δ=70-80mm
(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 :
Dxm Dsm 2a m
(四) 封头冲压模具
b.下模(冲环)结构及主要设计参数
(三)薄壁封头和厚壁封头的冲压
(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- Dm<6δ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
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。 3. 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。 4. 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2.4-2.8倍。
D0 t s (1 ln ) D
最大环向应力在坯料的最外缘。压缩量 l D0 Dm (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.薄壁封头的冲压
一般是指D0- Dm≥45δ的封头 D0- Dm≤20δ 20δ<D0- Dm<45δ时,可以用压边法冲压, 质量有保证。
(三)薄壁封头和厚壁封头的冲压
(1) 两次或三次成型冲压
(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σt等
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σt。
(二)封头冲压时的应力和变形
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σr和σt的比例关系。
(二)封头冲压时的应力和变形
5.下模(冲环)
6.脱模装置
2.6.2
冲压过程:
压边圈 下模
整体冲压成形原理
定位 脱模 压边
冲压
冲压 冲压 脱模 挡块 冲压 冲压
3. 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。
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?
7.2
封头的成形
常用的成形方法:冲压成形、旋压成形、爆炸成形
7.2.1 封头的冲压成形
(一)封头冲压工艺简述 材料检验 划线 气割 加热 检查 坡口加工 冲压
( 组对焊接) 封头余量切割
7.2
1. 划线
封头的成形
e≤1/4 Dg
d<1/2 Dg
h>3s 且≥100mm
7.2
1. 划线
封头的成形
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
2. 加 热
封头的成形
封头冲压加热一般是快速加热,即把炉温升 到1050℃左右装料,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7—7。
3. 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
(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:
Dxm (50 ~ 80)mm Dn
D Dw
70 ~ 120 mm
思考题
1. 简述封头冲压过程中坯料各点的受力情况。
2. 分析封头冲压时径向应力的作用和影响。 3. 分析封头冲压时切向应力的作用和影响。
D0 P CDm ln Dm
一般C=1.6-2.0,有压边无润滑时取上限。
5. 冲压力的计算
对于碳钢 δ≤18mm,取700℃的σb作计算依据; 20≤δ≤25时,取750℃的σb作计算依据; δ≥26mm时,取800℃的σb作计算依据。
对于不锈钢 取850℃的σb作计算依据。
(三)薄壁封头和厚壁封头的冲压
b. 高温下两种金属的变形抗力不同,所以流动特点不同; c. 高温下金属的活动能量增加,两种金属 会互相渗透; d. 高温性质不同。
(四) 封头冲压模具
a.上模(冲头)结构及主要设计参数
Dsm D`sm Hsm Ho
Dsm Di (1 )
Dsm Dsm (2 ~ 3)mm
H sm hi (1 )
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