第二篇過(guò)程裝備制造工藝7成形加工課件

1、第篇 過(guò)程裝備制造工藝 7 成形加工 主要內(nèi)容:7.1 筒節(jié)的彎卷成形7.2 封頭的成形7.3 管子的彎曲7.1筒節(jié)的彎卷成形設(shè)備：卷板機(jī)。分類：冷卷 熱卷 溫卷 調(diào)整設(shè)備，軸線平行；把板坯裝入上下輥之間；上輥下壓，將板坯壓彎；彎卷成形過(guò)程驅(qū)動(dòng)兩下輥旋轉(zhuǎn)，板坯借助摩擦力而移動(dòng)，并帶動(dòng)上輥轉(zhuǎn)動(dòng)。板坯移動(dòng)過(guò)程中，連續(xù)通過(guò)最大受力位置（上輥?zhàn)畹途€），使整個(gè)板坯（除兩端）產(chǎn)生均勻一致的塑性變形，得到一定曲率的弧形板。上述過(guò)程為一次行程。通常一次彎卷很難達(dá)到所要求的變形程度，經(jīng)過(guò)幾次反復(fù)，可將鋼板彎卷成一定彎曲半徑的筒節(jié)。冷卷成型根據(jù)筒節(jié)卷圓成形時(shí)，是否加熱以及加熱的溫度高低，分為：冷卷成型、熱卷成型、

2、溫卷成型。冷卷成型通常是在室溫下成型、不需要加熱設(shè)備。特點(diǎn)是：成型過(guò)程不產(chǎn)生氧化皮，操作工藝簡(jiǎn)單且方便操作,費(fèi)用低。 鋼板冷卷的變形率冷卷變形率計(jì)算注意： 彎卷前后，中面層長(zhǎng)度不變；但沿鋼板厚度方向，鋼板塑性變形程度是變化的；外側(cè)伸長(zhǎng)，內(nèi)側(cè)縮短。按外側(cè)相對(duì)伸長(zhǎng)量計(jì)算變形率為:(DwDm)/ Dm 100/ Dm 100結(jié)論鋼板越厚、筒節(jié)的彎卷半徑越小，則變形率越大。 變形率概念冷彎變形率達(dá)到臨界變形率，材料在隨后熱切割、焊接或熱處理時(shí)，將產(chǎn)生粗大的再結(jié)晶晶粒。 金屬材料冷彎后產(chǎn)生粗大再結(jié)晶晶粒的變形速率，稱為金屬的臨界變形率鋼材的理論臨界變形率范圍為5%10%。 實(shí)際變形率要求應(yīng)小于理論臨界變

3、形率，否則后續(xù)熱加工過(guò)程，會(huì)降低力學(xué)性能。實(shí)際生產(chǎn)中，要求D0（毛坯外徑）下模座尺寸計(jì)算高度H=h+(60100)下口內(nèi)徑D2下模內(nèi)徑Dxm+(510）壓邊圈尺寸計(jì)算內(nèi)徑Dn=Dxm+(5080)厚度=70120外徑Dw=下模座外徑D壓邊圈拉環(huán)下模座薄壁(D0一Dm)45的封頭成形特點(diǎn)：帶有壓邊圈的一次沖壓成形法，在自由變形區(qū)也會(huì)產(chǎn)生鼓包和折皺?？刹捎孟铝蟹椒_壓：分析剛開(kāi)始沖壓，上模與毛坯的接觸直徑為Dc較小。不穩(wěn)定L環(huán)形段，不與上、下模接觸，容易喪失穩(wěn)定。1、多次沖壓成形法采用多次沖壓成形法的特點(diǎn)即用同一個(gè)上模，多個(gè)下模進(jìn)行多次沖壓成形；第一次沖壓時(shí)，拉環(huán)內(nèi)徑較小。不穩(wěn)定段L的寬度減少。適

4、應(yīng)薄壁封頭(D0 Dm ) / =120220開(kāi)始沖壓時(shí)，壓邊力0；隨著過(guò)程的進(jìn)行，周邊增厚，壓邊力增大，滿足沖壓過(guò)程對(duì)壓邊力的實(shí)際要求。2、 采用有間隙壓邊圈法沖壓較薄壁封頭（材料塑性好）(60D0Dm120)增加自由變形區(qū)的徑向拉力，使該區(qū)拉力、變形均勻，避免折皺和鼓包。3、采用帶坎拉深法當(dāng)(D0Dm)6的封頭認(rèn)為是厚壁封頭因毛坯較厚，邊緣部分金屬不易變形，在拉深時(shí)急劇增厚，增厚率達(dá)10%以上；使通過(guò)下模圓角時(shí)的阻力大為增加，需要很大的沖壓力；沖壓時(shí)：增大模具間隙；或?qū)⑴髁线吘壪鞅?，再進(jìn)行沖壓加工。厚壁封頭沖壓主要特點(diǎn)復(fù)板常發(fā)生折皺；兩層材料的結(jié)合區(qū)產(chǎn)生裂紋，甚至撕裂。分析 復(fù)合鋼板在加熱

5、時(shí)，基層和復(fù)層線膨脹系數(shù)不同，金屬本身變形抗力也不同； 在相同的應(yīng)力下，流動(dòng)特點(diǎn)不同，產(chǎn)生的變形不同。 復(fù)板變形大，容易產(chǎn)生折皺；結(jié)合層產(chǎn)生裂紋。復(fù)合鋼板封頭的沖壓最常出現(xiàn)裂紋的部位是直邊部分，因?yàn)檫@部分材料在沖壓時(shí)的應(yīng)力和變形最大。因此，無(wú)論厚度如何，沖壓時(shí)都必須采用壓邊圈，防止復(fù)板起皺。熱沖壓對(duì)復(fù)層材料性能有不利影響 鎳鉻不銹鋼晶間腐蝕（注意加熱溫度及速率）； 鈦材在300以上,可快速吸氫; 600以上可快速吸氧; 700以上可快速吸氮; 使鈦材塑性、韌性下降。鈦復(fù)合板的沖壓溫度在550650之間為宜。7.2.5 沖壓后封頭壁厚變化球形封頭底部，沖壓過(guò)程一直受拉應(yīng)力，減薄量最大直邊和靠近直

6、邊部分，沖壓時(shí)切向壓應(yīng)力大，壁厚增加；且越接近邊緣，增加壁厚越大。直邊和靠近直邊部分，沖壓時(shí)切向壓應(yīng)力大，壁厚增加；且越接近邊緣，增加壁厚越大。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭底部，與球形封頭比較，沖壓過(guò)程一直受較小的拉應(yīng)力，減薄量較小此處有彎曲、脹形、拉延，且拉應(yīng)力最大，壁厚減薄量最大7.2.6 封頭的旋壓成形適用于大型封頭的制造。目前采用旋壓成形法制造大型封頭已成為主要方法。1. 旋壓成形的特點(diǎn)適合制造尺寸大、壁薄的大型封頭，目前已制造5000mm、7000mm、10000mm,甚至20000mm的超大型封頭；旋壓機(jī)比水壓機(jī)輕巧，制造相同尺寸的封頭，比水壓機(jī)約輕2.5倍 ；旋壓模具比沖壓模具簡(jiǎn)單、尺寸小、成本

7、低；適于單件小批生產(chǎn)；不易產(chǎn)生減薄和折皺，封頭成形質(zhì)量好；不適宜厚壁小直徑，若旋壓成形，比較麻煩，不如沖壓成形簡(jiǎn)單；旋壓過(guò)程較慢，生產(chǎn)率低于沖壓成形。若用冷旋壓，對(duì)容易硬化的材料需消除硬化熱處理。2 旋壓成形的方法分類：按使用的主要設(shè)備情況，分為單機(jī)旋壓法、聯(lián)機(jī)旋壓法。單機(jī)旋壓法在旋壓機(jī)上一次完成封頭的旋壓成形過(guò)程。聯(lián)機(jī)旋壓法分別用壓鼓機(jī)和旋壓機(jī)對(duì)封頭料坯先壓鼓后翻邊的成型方法。簡(jiǎn)單介紹單機(jī)旋壓法。根據(jù)模具使用情況單機(jī)旋壓法可分為：有模旋壓法、無(wú)模旋壓法、沖旋聯(lián)合法。 有模旋壓法無(wú)模旋壓法沖旋聯(lián)合法7.2.7 封頭制造的質(zhì)量要求封頭應(yīng)盡量用整塊鋼板制成,必須拼接時(shí),焊縫數(shù)量及位置，應(yīng)滿足封頭的

8、劃線技術(shù)要求。封頭沖壓前，應(yīng)清除鋼板毛刺；沖壓后去除內(nèi)外表面的氧化皮,表面不允許有裂紋等缺陷。對(duì)于微小的表面裂紋和高度達(dá)3mm的個(gè)別凸起應(yīng)進(jìn)行修整。封頭和筒體對(duì)接處的圓柱部分長(zhǎng)度（直邊高度）應(yīng)符合下表要求。封頭的幾何形狀和尺寸偏差內(nèi)徑內(nèi)徑偏差橢圓度(Dmax-Dmin)1000 32；41000 150074； 87.3 管子的彎曲7.3.1 管子彎曲應(yīng)力分析和變形量計(jì)算7.3.1.1應(yīng)力和變形分析（自由彎曲） 管子外側(cè)壁管子在彎矩M作用下，軸線外側(cè)管壁受拉應(yīng)力； 隨著變形率的增大，拉力逐漸增大，管壁可能減薄、嚴(yán)重時(shí)可產(chǎn)生微裂紋；管子內(nèi)側(cè)壁嚴(yán)重時(shí)可使管壁失穩(wěn)產(chǎn)生內(nèi)折皺受壓應(yīng)力作用，管壁可能增厚

9、管子橫截面變形 在Nl與N2作用下，管子橫截面變形； 自由彎曲時(shí)，變形將近似為橢圓形；半圓槽內(nèi)彎曲，內(nèi)側(cè)基本上保持半圓形外側(cè)變扁。 影響彎管缺陷產(chǎn)生的主要因素a 相對(duì)彎曲半徑R/dw ，它表示彎曲程度。由：變形率dw/(2R) 100管子外徑dw越大，彎曲半徑R越小，內(nèi)、外側(cè)的變形率越大。b 相對(duì)彎曲壁厚/dw表示彎曲橫截面的穩(wěn)定性；壁厚越小，管子直徑越大，彎曲橫截面的穩(wěn)定性越差，越容易失穩(wěn)。實(shí)際生產(chǎn)中控制管子彎曲變形率的主要方式是控制管子的彎曲半徑。彎曲半徑有關(guān)規(guī)定，對(duì)一般受壓10MPa的管子，如換熱器U形彎管段的彎曲半徑 R2dw；常用換熱器的最小彎曲半徑Rmin如下表：7.3.1.2 管

10、子變形率的控制7.3.2 彎管方法冷彎和熱彎；有芯和無(wú)芯彎管；手工和機(jī)械彎管等多種方法。冷彎和熱彎主要考慮變形的難易程度及防止缺陷產(chǎn)生，直徑較大（dw108)、直徑60mm以上的厚壁管，彎管阻力較大，用熱彎。有芯和無(wú)芯彎管主要考慮彎管后的形狀、尺寸及防止缺陷產(chǎn)生。手工和機(jī)械彎管效率，質(zhì)量，能力。（1）手工彎管 手工彎管可分為熱彎和冷彎。 管子在室溫下的彎曲習(xí)慣上稱作冷彎，由于冷彎效率高，質(zhì)量好，操作環(huán)境好，所以直徑108mm以下的管子多采用冷彎.手 工 熱 彎 熱彎時(shí)一般要以砂子作填充物。 彎管前在管內(nèi)裝砂子的作用是阻止彎曲變形時(shí)管的截面變成橢圓形或內(nèi)側(cè)表面起皺。 因?yàn)樯白拥奈鼰嵝院捅匦远驾^

11、好，用它做熱載體允許管子緩慢成形而不用重復(fù)加熱，并且經(jīng)濟(jì)、易于操作。 加熱溫度：低碳鋼 950-1000，普通低合金鋼850-1000，18-8型不銹鋼1100-1200。 7.3.3 控制缺陷的幾種典型方法 反變形法 彎管過(guò)程 管子安裝在彎管機(jī)中，并用夾頭加緊。隨著主動(dòng)扇形輪的旋轉(zhuǎn)，在扇形輪槽內(nèi)彎管。 注意：壓緊輥具有反變形槽，在彎管前使管子先產(chǎn)生一個(gè)預(yù)變形（彎曲實(shí)際變形方向相反）。主動(dòng)扇形輪（模）壓緊輥導(dǎo)向輥夾頭e在012mm間調(diào)整。管子反變形輪槽結(jié)構(gòu)扇形輪槽寬Bdw安裝間隙 12mm反變形槽的設(shè)計(jì) 有芯彎管法 適用于: 直徑較大的管子彎曲。 特點(diǎn)管子隨扇形輪轉(zhuǎn)動(dòng)彎曲芯棒固定夾頭導(dǎo)向輥 圓

12、柱式芯棒 特點(diǎn)：形狀簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。芯棒直徑:取d=(90)dn;通常比管內(nèi)徑小0.51.5mm；長(zhǎng)度:L=(35) d芯棒伸入彎管區(qū)的距離e管子彎曲點(diǎn)熱彎的加熱及熱彎的特點(diǎn)加熱溫度 碳鋼低合金鋼950 1000 1050 18 8 型不銹鋼1100 1200 加熱方法手工熱彎管法和中頻加熱7.7.4 管件制造的技術(shù)要求以換熱管設(shè)計(jì)、制造為例。換熱管的拼接須符合下列要求。同一根換熱管，對(duì)接焊縫數(shù)量不得超過(guò)下列規(guī)定：直管一條或U形管兩條。最短管長(zhǎng)不得小于300mm。U形管段(包括至少50mm直管段)的范圍內(nèi)不得有拼接焊縫。對(duì)口錯(cuò)邊量應(yīng)不超過(guò)管子壁厚的15%，且不大于0.5mm。對(duì)接后，焊接接頭進(jìn)行通球檢查，以鋼球通過(guò)為合格。通球直徑選取（mm）換熱管外徑dw dw2525dw40dw40鋼球直徑0.75dn0.8dn0.85dn對(duì)接焊接接頭應(yīng)作焊接工藝評(píng)定。對(duì)接焊接接頭應(yīng)進(jìn)行射