文/劉樹喜，梁庭玉·北京順大封頭制造有限公司

大直徑中厚封頭的冷壓新工藝

文/劉樹喜，梁庭玉·北京順大封頭制造有限公司

劉樹喜，工程師，主要從事小直徑、大直徑封頭及超厚封頭的生產(chǎn)工藝和工裝設(shè)備的研發(fā)及公司日常管理工作。

我單位在近幾年的生產(chǎn)過程中，經(jīng)常承接鋼鐵、化工行業(yè)使用的混風(fēng)爐、熱風(fēng)爐、中高壓容器所使用的大直徑（4～10m）、中等厚度（30～100mm）、各種材質(zhì)（Q345R、不銹鋼復(fù)合板、普通碳素鋼）、各種形狀（球形、C形彎、S形彎、鼓形、多曲率旋轉(zhuǎn)殼體、橢圓形、碟形）的封頭和壓制件。在為業(yè)務(wù)單位提供合格、滿意產(chǎn)品的過程中，我們摸索出一套壓制上述產(chǎn)品的冷壓工藝。本文就大型壓制件的壓制工藝實(shí)施過程中應(yīng)注意的專業(yè)技術(shù)問題進(jìn)行探討，推廣應(yīng)用于其他同類壓制件的專業(yè)化生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

冷壓新工藝與其他壓制工藝的對(duì)比

隨著大型鋼鐵、化工企業(yè)對(duì)大直徑、中厚壓制件和封頭的需求增多，及用戶為了后續(xù)施工的順利進(jìn)行，對(duì)材料內(nèi)在質(zhì)量和壓制件幾何尺寸的控制越來越嚴(yán)格，對(duì)生產(chǎn)成本、工期的要求也越來越苛刻。

現(xiàn)將我們公司采用的這種冷壓新工藝與其他壓制工藝相對(duì)比，結(jié)果見表1。

由表1可知，采用分片冷壓工藝能提高液壓機(jī)的成形能力，減少模具成本，提高鋼材的利用率，降低鋼板的加熱損耗，并較好地控制壓制件的幾何精度，從而大大地降低壓制件的沖壓成本，所以應(yīng)為壓制此類壓制件的最佳選擇。

■ 表1 分片冷壓與其他壓制工藝的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

冷壓新工藝的工藝流程

冷壓新工藝的工藝流程：根據(jù)圖紙計(jì)算下料尺寸→排版→訂軋鋼板，鋼板入廠檢查→無(wú)損檢測(cè)→冷沖壓壓制→尺寸、樣板間隙檢查→校形→立體樣板劃線→專用切割工裝切割→坡口無(wú)損檢測(cè)→二次校形→在專用平臺(tái)組對(duì)→測(cè)量幾何尺寸→預(yù)熱焊縫→焊接→無(wú)損檢測(cè)→整體熱處理→車坡口→尺寸檢查→焊接支撐→噴涂→客戶驗(yàn)收→交庫(kù)→運(yùn)輸。

冷壓工藝的控制要點(diǎn)

冷壓模具的選用與壓制件的曲率控制

冷壓模具上沖模具可根據(jù)壓制件的曲率并考慮材料的回彈量，采用球殼板壓制用模具或者專用壓制模具，有時(shí)可根據(jù)壓制件的尺寸利用封頭熱壓模具或者打鼓模的上沖頭，都能達(dá)到很好的壓制效果?？刂颇＞呱蠜_頭外徑在1.4～1.9m之間，下模座可采用組合模具，這樣就可以使球殼板模具、冷旋機(jī)壓制模具、封頭的熱沖壓模具互換使用，提高模具使用率，從而大大地降低模具費(fèi)用，實(shí)際分到壓制件的模具費(fèi)用很低。但是前提條件是控制壓制件的各個(gè)方向的曲率符合要求，用曲率間隙樣板檢查其數(shù)值應(yīng)控制在3mm之內(nèi)，否則組對(duì)的幾何尺寸就不能得到保證，特別是大型的壓制件到組對(duì)時(shí)特別困難，極容易發(fā)生強(qiáng)力組裝。

冷壓封頭料片的立體劃線與切割工裝

由于封頭行業(yè)所使用的產(chǎn)品基本屬于旋轉(zhuǎn)殼體和球形殼體，對(duì)上述殼體進(jìn)行分片壓制，其分片的幾何尺寸涉及空間解析幾何的問題，尤其是橢圓形封頭的曲率是函數(shù)中的雙曲線，推導(dǎo)其分瓣的每邊上點(diǎn)的幾何尺寸的公式極為繁瑣，使用性受到很大的限制。但通過計(jì)算機(jī)中三維作圖功能，切割出每種分瓣的立體模型，再通過作圖軟件中所帶的測(cè)量功能將所需的幾何尺寸直接測(cè)出，由于作圖軟件的尺寸精度可以控制，因此可將測(cè)量結(jié)果的精度控制在需要的范圍內(nèi)，并可對(duì)整個(gè)工藝過程編程，使其操作簡(jiǎn)便。劃線的方法主要根據(jù)三點(diǎn)可以確定一條曲線的原理，首先在分片上確定出切割點(diǎn)，切割點(diǎn)一般選擇兩個(gè)端點(diǎn)和中點(diǎn)，同時(shí)劃出與之對(duì)應(yīng)的三個(gè)檢查點(diǎn)，避免切割錯(cuò)誤和幾何尺寸的測(cè)量、檢查。切割工裝模具根據(jù)分瓣板邊的特征分為經(jīng)向和緯向切割軌道，切割時(shí)，將曲率合格的料片凹面朝上放在專用平臺(tái)上，然后用軌道對(duì)準(zhǔn)切割點(diǎn)切割，使用雙割炬一次切割出雙面坡口。

高強(qiáng)度鋼在冷壓工藝中出現(xiàn)的問題及解決方案

高強(qiáng)度鋼在冷壓球片過程中會(huì)出現(xiàn)中心部位減薄嚴(yán)重、邊緣部位減薄小、鋼板出現(xiàn)冷作硬化、表面應(yīng)力集中等現(xiàn)象，經(jīng)過查找資料和進(jìn)行試驗(yàn)，掌握坯料的減薄規(guī)律，將板厚作為Y軸，半徑為X軸，減薄曲線為X2=-2.66×105（Y-4.8）。加工坯料時(shí)，可按此曲線規(guī)律將坯料加工出曲線，即將坯料減薄區(qū)域預(yù)留等于減薄量的厚度，將坯料增厚區(qū)域除去增厚量的厚度。為了消除應(yīng)力可預(yù)先采用低溫退火熱處理的工藝措施。成形過程壓力控制范圍：預(yù)壓時(shí)，中心打鼓壓力為14～20MPa；整形時(shí)，中心打鼓壓力為14～16MPa。

工程實(shí)例

我單位通過應(yīng)用此分片冷壓工藝已經(jīng)在2008年成功承擔(dān)了張家港沙鋼中區(qū)改造高爐主體及熱風(fēng)爐工程（直徑11m，厚度38mm，材質(zhì)SB450M)三套高爐，2012年承擔(dān)印度塔塔鋼鐵公司熱風(fēng)爐、混風(fēng)爐項(xiàng)目（熱風(fēng)爐直徑9140mm，混風(fēng)爐直徑5600mm，爐殼主體材質(zhì)為A516Gr70，主要厚度為：55mm、50mm、45mm、40mm） 三套。通過我單位對(duì)高爐產(chǎn)品的制作，經(jīng)本單位、用戶單位、監(jiān)理單位聯(lián)合檢查，以及施工單位的施工效果，上述工程均一次檢驗(yàn)合格，工程順利交工。

結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前各個(gè)企業(yè)千方百計(jì)降低生產(chǎn)成本、人力資源成本居高不下，世界能源緊缺的情況下，分片冷壓工藝更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，對(duì)貫徹國(guó)家節(jié)能減排意義重大，值得生產(chǎn)廠家與用戶在制造過程中推廣與使用。

為了更好地滿足用戶的以上要求，一切為用戶著想，我們根據(jù)本廠設(shè)備和模具情況，將大型球罐中球殼板壓制工藝和封頭壓制工藝相結(jié)合，采用計(jì)算機(jī)控制壓制件的每一步的幾何尺寸，在加工過程中采用工程測(cè)量的先進(jìn)手段和專用切割工裝，最終得到滿意的產(chǎn)品。