■秦皇島秦冶重工有限公司（河北 201406）王永龍

公司生產(chǎn)的爐頂產(chǎn)品中，料罐儲(chǔ)存爐料，同時(shí)配合上下密封閥的操作，實(shí)現(xiàn)布料功能，由上密封閥、焊接鋼結(jié)構(gòu)殼體、檢修人孔和可更換的耐磨襯板組成。料罐分串罐式、并罐式，其中并罐式爐頂由于投資少、爐頂高度低、上料操作不受布料影響以及連續(xù)性好，在大中型高爐上得到了廣泛的應(yīng)用。

在并罐式料罐中，焊接鋼結(jié)構(gòu)殼體選用Q345R容器鋼板，并且呈異形錐體（斜錐），異形錐體的結(jié)構(gòu)及尺寸由于受到公司內(nèi)設(shè)備及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的限制，無(wú)法使用卷板機(jī)進(jìn)行制作，因此需要設(shè)計(jì)一套相對(duì)簡(jiǎn)易的工裝，使用公司內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)備的基礎(chǔ)上保證殼體制作成形。

1.異形錐體結(jié)構(gòu)及成形工藝

（1）錐體結(jié)構(gòu)及尺寸（選取殼體上某一段）。該工件板厚為40 mm，材質(zhì)Q345R，錐體最大母線(xiàn)2011.9 mm，如圖1所示。

（2）Q345R材質(zhì)化學(xué)成分、力學(xué)性能及許用應(yīng)力情況如表1～表3所示。

（3）成形工藝方法：錐體分兩片，分別進(jìn)行壓制，然后再組焊在一起，設(shè)備選用800 t油壓機(jī)。

2.胎具設(shè)計(jì)與壓制成形工藝要求

（1）異形錐體冷壓成形胎具的總體如圖2所示。

（2）下胎支點(diǎn)尺寸計(jì)算：根據(jù)自由彎曲壓彎力的經(jīng)驗(yàn)公式

式中，t為鋼板厚度（mm）；B為板料寬度（mm）；σb為鋼板的抗拉強(qiáng)度（MPa）；L為下胎兩支點(diǎn)間距（mm）。

由此下胎兩支點(diǎn)間距計(jì)算公式為L(zhǎng)=t2Bσb/F自

已知：t=40 mm，B=2200 mm，σb=490MPa，F(xiàn)自=8 MN。

圖1 選取的錐體示意圖

L=（402×2200×490）/（8×106）=215.6(mm)，取長(zhǎng)度L=250 mm。

本錐體為異形錐體，單側(cè)壓彎時(shí)每道折彎線(xiàn)處的錐度都不同，下胎的寬度及長(zhǎng)度按照殼體中最大錐度及長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，其余部位通過(guò)在下胎中間部位放置墊塊進(jìn)行錐度調(diào)整。由此下胎具體尺寸如圖3所示。

（3）上胎、下胎圓鋼直徑確定：借鑒三輥卷板機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范，上輥直徑φ上=L/（1.1～1.3）。其中L為下胎中心距，取L=250 mm。

圖2 異形錐體冷壓成形胎具示意圖

圖3 下胎尺寸示意圖

表1 Q345R 鋼板的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （單位：%）

表2 Q345R鋼板力學(xué)性能

表3 Q345R材質(zhì)的許用應(yīng)力

所以上輥直徑φ上=250/1.3=192(mm)。上胎選用圓鋼φ200 mm，材質(zhì)Q345B。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，下胎所用圓柱直徑不宜小于上胎圓柱體直徑的3/4。下胎選用圓鋼φ150 mm，材質(zhì)Q345B。

（4）異形錐體制作工藝要點(diǎn)：①下料時(shí)毛坯料兩邊留出直邊余量各150～200 mm。②在毛坯鋼板上劃出放射狀壓彎線(xiàn)，要求分度準(zhǔn)確。③按照錐角調(diào)整好上下胎具的位置，上胎中心線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)毛坯鋼板壓彎線(xiàn)。④先壓彎毛坯料的兩側(cè)，再壓中間部分，并隨時(shí)用樣板檢查曲率，測(cè)量對(duì)角線(xiàn)的偏差。⑤異形錐體成形后，在工作平臺(tái)上可以使用火焰矯正、拉鏈固定等手段進(jìn)行錐體矯正。⑥錐體組對(duì)時(shí)，不能使用大錘敲擊工件，若發(fā)現(xiàn)局部對(duì)口錯(cuò)邊量超差或其他形狀超差的問(wèn)題，應(yīng)返回上到工序用油壓機(jī)糾偏。⑦組對(duì)完畢后的錐體，需要在內(nèi)壁做米字形工藝支撐，并點(diǎn)焊。工藝支撐的點(diǎn)焊，應(yīng)按照Q345R鋼焊接工藝要求進(jìn)行。

3.回彈量控制

（1）回彈量的計(jì)算：該錐體為異形錐體，回彈量的計(jì)算可以根據(jù)圓錐體冷壓自由彎曲回彈量的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行近似計(jì)算

式中，rp為回彈前的彎曲件的半徑（mm）；R為回彈后彎曲件的半徑（mm）；σs為板料的屈服極限（MPa）；E為板料的彈性模數(shù)（MPa）；t為板料的厚度（mm）。

根據(jù)簡(jiǎn)單計(jì)算出的參數(shù)，計(jì)算圖4中墊塊H尺寸

式中，L為下胎兩支點(diǎn)間距（mm）；rp為回彈前彎曲半徑（mm）；α為彎曲角度；φ下為下胎圓柱直徑（mm）。

在異形錐體實(shí)際壓制過(guò)程中，我公司操作人員是利用樣板，通過(guò)檢測(cè)錐體實(shí)際成形情況確定的墊塊H尺寸，且該尺寸為多變尺寸，在不同錐度的部位，H數(shù)值都不同，所以本文不在列出墊塊的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程，僅做示意并羅列出計(jì)算公式，以供參考。

圖4 異形錐體冷壓成形墊塊調(diào)整示意圖

4.異形錐體成形時(shí)工藝經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）分段錐體應(yīng)遵循對(duì)稱(chēng)原則：料罐下部錐體為多段異形錐體焊接而成，在異形錐體成形的過(guò)程中，往往需要分解成兩段至多段進(jìn)行拼接，但是其拼接焊縫所處位置是需要仔細(xì)斟酌的。

圖5 錐體拼接角度分度圖

如圖5所示，我公司生產(chǎn)料罐時(shí)，圖樣要求將異形錐體拼接位置放在135°～315°線(xiàn)上，這樣給生產(chǎn)造成了不小的麻煩。其一，由于兩段錐體都是非對(duì)稱(chēng)的形狀，在壓制時(shí)無(wú)法對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，板料的位置控制難度較大；其二，拼接線(xiàn)的右上側(cè)錐體在315°～0°段內(nèi)，錐度幾乎無(wú)法成形，只能近似壓制后，靠鉚工火焰矯正，增加了作業(yè)的難度。

經(jīng)過(guò)車(chē)間實(shí)際制作過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，該件的拼接線(xiàn)應(yīng)該放在0°～180°線(xiàn)，或者90°～270°線(xiàn)上，即分段后的錐體自身影視對(duì)稱(chēng)的，這樣的拼接方式，不但方便錐體各段成形，也降低了后續(xù)的組對(duì)、焊接難度，能夠節(jié)約大量的人力，縮短供貨周期。

（2）SolidWorks繪制錐體折彎線(xiàn)應(yīng)遵循“先展開(kāi)后截取”原則：每個(gè)罐體都有3 件稱(chēng)量元件支撐，它與料罐（下錐）貼合的部位是一段截取的投影尺寸為800 mm×1000 mm的錐體，該錐體作為稱(chēng)量原件的加強(qiáng)筋板，需要增加稱(chēng)量原件與下錐體焊接處的錐體剛度，其尺寸如圖6所示。

若按照該單件圖樣尺寸，使用SolidWorks繪制三維實(shí)體并展開(kāi)，利用軟件生產(chǎn)的折彎線(xiàn)分布圖如圖7所示（虛線(xiàn)為折彎線(xiàn)），該折彎線(xiàn)是將錐體進(jìn)行了等分，所以折彎線(xiàn)分布很均勻，但是按照?qǐng)D7的折彎線(xiàn)將錐體壓制成形后，卻發(fā)現(xiàn)該加強(qiáng)筋板與料罐下部的錐體外壁根本無(wú)法貼合，造成該問(wèn)題的原因出現(xiàn)在了錐體的折彎線(xiàn)上。

該類(lèi)在異形錐體上截取一部分的工件，在利用SolidWorks軟件建模時(shí)，必須將該錐體補(bǔ)充完整（可以帶有加強(qiáng)筋板外形切口），完整的錐體進(jìn)行展開(kāi)，設(shè)置折彎線(xiàn)相關(guān)參數(shù)并生成dwg格式的二維圖樣后，在展開(kāi)后的錐體上截選加強(qiáng)筋板的折彎線(xiàn)，如圖7所示。

5.結(jié)語(yǔ)

料罐產(chǎn)品按期完成了制作，不但保證了產(chǎn)品的交貨期，也展現(xiàn)出了良好的質(zhì)量水平。其Q345R鋼錐體使用胎具壓制成形技術(shù)產(chǎn)生于實(shí)踐當(dāng)中，方便實(shí)用、投入少、效益高，值得推廣。

圖6 稱(chēng)量原件加強(qiáng)筋板

圖7 加強(qiáng)筋板錯(cuò)誤的折彎線(xiàn)(左上)、正確的折彎線(xiàn)(右上)

錐體壓制胎具上下胎的關(guān)鍵部位均使用圓鋼，在壓制錐體前應(yīng)觀察胎具上圓鋼的磨損情況，若磨損嚴(yán)重應(yīng)更換新的圓鋼后再進(jìn)行壓制，否則在錐體內(nèi)外鋼板面上與胎具圓鋼接觸的部位會(huì)出現(xiàn)凹痕缺陷。

[1]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]梅啟鐘.簡(jiǎn)明鈑金冷作工作手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)

異形錐體成形是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，是帶有很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性的科學(xué)，由于影響參數(shù)多且不確定，沒(méi)有很確切的公式進(jìn)行計(jì)算。此文雖然有許多地方?jīng)]有給出精確地?cái)?shù)據(jù)，但畢竟指出了大概的操作程序，值得借鑒。對(duì)于類(lèi)似的零件加工，有較強(qiáng)的參考價(jià)值。