液压封头成形技术

基于水压成形技术的液体运输罐车封头的成形工艺探索

摘要：通过经水压成形的液体介质运输车辆封头和目前国内常用的平面型封头进行对比，介绍了液体运输车封头水压成形技术的工艺原理、工艺流程，并设计了液体运输罐式车封头水压成形技术的简易工艺装置。分析了水压成形技术在液体介质运输车封头成形上的简易性、经济性及可行性。分析了封头水压成形技术易出现的问题及解决方法。

关键词：水压成形；液体运输罐车；浅碟形封头；圈模；试压泵

一、技术简介

液体运输罐车是用于油类、水类及盐酸、硫酸等化工介质的罐式运输车辆。罐体的横截面形状通常设计为不规则的形状，通常为上小下大的横截面形状。目的是降低罐体盛装液体介质后的重心，防止在液体运输车在急停、急转等运动过程中介质对罐体产生冲击力，导致车辆发生危险。水压成形工艺技术是用相应的模具，利用水、油等液体的压力提供形变应力，使工件发生塑性变形，达到工件成形的一项加工工艺技术。其水压成形的系统通常由压力供给装置、系统密封装置、工装成形装置组成。

二、水压成形工艺技术在液体罐式运输车上的应用

目前，国内外的各种液体罐式运输车的罐体横截面形状均为不规则的异形截面。但其封头由于缺少理想的成形方式，多采用未经压力成形的平板形式封头。由于液体罐式运输车此类移动式罐体的工况复杂，使用温度范围跨度大（-20℃～40℃）。并且，车辆运行过程中的启动、急停、转向等动作对罐体封头会产生破坏冲击，容易对罐体封头产生破坏。因此，经过三维立体成形的浅碟型封头的使用情况明显好于平板形式的封头。该技术

在国内处于领先地位。

三维立体成形的浅碟形封头形式：

该工艺技术可用于油类运输罐车、盐酸、硫酸、沥青等各种化工介质运输罐车以及洒水车等液体罐式运输车的浅碟型封头加工成形。利用不同型号尺寸的模具可满足不同容积的液体罐式运输车封头制作的需要。

另外，对于浅碟形封头的成形技术，国内外很多同类型产品的生产厂家采用大型压力机＋成形模具的方法制造。其能耗高，需要生产场地大，设备费用投入大，模具结构复杂，制造费用高。利用水压成形工艺技术，采用的是平板经水压成形后进行数控切割、旋边的封头加工方法。设备费用投入低，模具设计结构简单，制造费用低，且工件成形效果好。能很好的解决压力机＋成形模具的成形方式的缺点。

水压成形技术封头加工的工艺流程：

下料拼板水压成形数控切割封头旋边加工表面处理入库验收

三、技术原理及装置

依据流体介质压力各向均匀性和流体中压力的方向为作用面的内法线

方向的特点。利用流体对待加工工件施加压力，当施加于工件的变形应力大于工件材料的屈服强度σs时，工件发生塑性变形。液罐车封头常用的材料为碳素结构钢Q235（GB/T700），材料板厚为6mm，材料屈服强度σs为235MPa。又由于成形模具的限制，工件逐渐形成浅碟形状。由于加工过程工件受力情况复杂，所以针对水压成形压力数据的选择进行了大量的试验。根据大量的试验数据表明，当水压达到4～6MPa时，可达到工件的加工要求。

具体原理是：按照液体罐式运输车罐体截面形状制作不易产生形变的同截面形状圈形模具。将两平面板材通过两模具将封头成形原材料及密封垫周边压紧，向两平面板材间通入高压的液体介质并在工件加工时，通过密封胶垫避免成形液体介质的泄漏。，根据流体的力学特点，完成浅碟形封头的加工。达到产品要求。

1、压力供给装置

压力供给装置的作用是为封头成形提供原材料塑性变形的力量。压力供给装置采用试压泵，型号为（3DY1150/15）电机功率1.5KW，泵机额定最高水压压力12.5MPa，流量1150L/H。泵机上设置有上限为10MPa的卸压阀，防止因压力过高发生危险。该泵机可在任意压力值上停止加压，并自动保压。并设置有卸压、放水阀门。可在液罐车浅碟形封头成形尺寸达到要求后，停止加压，通过卸压阀门降低压力腔内压力，保证操作安全。试压泵通过高压管路及接头与待加压的压力腔相可靠连接。避免压力在传输过程中的损失。

2、系统密封装置

压力腔的密封采用的是厚度为10mm厚的硅胶垫。沿模具周边布置，宽度为200mm。在上下圈模上采用42颗TR40×3，长度为160mm的梯形螺栓拉紧上下圈形模具、工件及中间的硅胶垫。完成压力系统的密封。

3、工装成形装置

水压成形用的上、下圈形模具是水压成形工艺技术的关键，它直接关系着封头的最终成形。上、下圈形模具按照所需加工的封头的截面尺寸进行设计。为降低模具的投入费用，按照加工封头的规格大小，分尺寸范围段进行模具制造，最后将封头通过数控等离子切割达到产品尺寸要求。从而提高了模具的利用率，增大模具的尺寸覆盖范围，降低模具制造成本。模具制造采用厚度为40mm的优质碳素钢45钢钢板分段等离子数控切割后，进行拼焊的方式制造，保证模具有足够的刚性。模具上的螺栓孔按照上、下模具螺栓孔配钻的方式加工，保证了孔的同心度。另外，制作了模具的支架，用于模具工作时的支撑和固定。

圈形模具示意图：

四、封头水压成形技术应用的优点的经济性

首先，根据受力分析比对，经过水压成形的液体罐式运输车的浅碟形封头在使用过程中承受盛装介质冲击应力的能力明显优于平板型封头。

浅碟形封头与平板封头的受力分析对比图：

其次，与传统的大型模具成形的加工方式相比较，其主要经济效益对

比如下：

1.在设备工装投入方面，传统的压力机成形方式需投入800T压力机，及

成形模具。其投入费用上百万。而采用水压成形的加工方式，其投入为10MPa试压泵（0.8万元），成形圈模约1.008T（约1万元），压紧螺栓Tr40*3，L＝160mm，45件（约0.5万元）。密封垫（0.2万元）共投入费用在5万元以内。因此，采用水压成形方式的一次性投入费用远低于传统压力机成形方式。

2.在封头工件加工方面，800T压力机其设备功率大，能耗高。而试压泵属

于小型设备，耗能较低。其水压成形方式的成形介质可循环重复使用。

能源消耗费用低。

五、水压成形技术在应用中存在的主要问题和解决方法

1、封头钢板鼓包

在水压成形的过程中，封头钢板有时候会出现非正常鼓包凸起的现象，其直径通常在φ80mm～φ150mm范围内。其产生的原因是封头原材料板材材质的局部变化或是板材厚度不均。产生此缺陷后，可在凸起形成的初期，用榔头轻敲凸起的周边，分散凸起的应力分布，减小其变形量。另一种方法是在封头成形后，采用火焰加热校正的方法消除缺陷。

2、压力介质泄漏

在水压成形的过程中，可能出现成形介质的泄漏情况，压力随着介质的泄漏遭到损失，影响封头的成形。出现介质泄漏的原因有以下几点：1、压紧螺栓未完全拧紧。2、密封硅胶垫老化，出现破损。3、密封接触面没有打磨平滑。出现这些问题的解决方法是：进一步检查螺栓的紧固情况，