加氢反应器尺寸设计

1、3.2 上封头加工计算 椭圆形封头的展开计算椭圆形封头属于不可展零件，但在生产中冲压加工或旋压加工时毛坯料都为圆形，所以只需要求出展开后的半径或直径即可。 这里我们应用经验法求椭圆形封头的直径：Do=KDm+2h 式中Do为包括了加工余量的展开直径;K为经验系数，根据a/b确定。查表6-20取K=1.42 Do=2100mm号料.1 加工余量因为采用经验法，所以Do中包括了加工余量。.2 焊缝变形量采用V形坡口对接接头，壁厚为3+3.5，查表6-26取收缩量为1.3-1.4mm 焊缝 由于钢板尺寸的限制，展开零件必须焊接时，拼接焊缝应满足以下要求：封头，管板的拼接焊缝数量，公称直径Dg不大于2

2、200mm时，拼接焊缝不多于1条。 封头各种不相交的拼接焊缝中心线间距至少应为封头钢材厚度的3倍，且不小于100mm。3.3 上封头的成形加工 冷热冲压条件 按冲压前毛坯是否线预先加热分为冷冲压和热冲压，其选择的主要依据如下：3.3.1.1材料的性能。 对于常温下塑性好的材料，可采用冷冲压；对于热塑性较好的材料，可以采用热冲压。3.3.1.2 依据毛坯的厚度与毛坯料直径之比来选择冷，热冲压。冲压状态碳素钢，低合金钢合金钢，不锈钢冷冲压/Do1000.5/Do1000.7热冲压/Do1000.5/Do1000.7 表四 封头冷，热冲压与相对厚度的关系 78+6.5/4200 100 0.7 所以

3、选择热冲压。3.3.1.3 毛坯热冲压的加热过程从降低冲压力和有利于钢板变形考虑，加热温度可高些。但温度过高会使钢板的晶粒显著长大，甚至形成过热组织，使钢材的塑性和韧性降低。严重时会产生过烧组织，毛坯冲压可能发生碎裂。根据所选材料为15CrMoR，查表7-7，取加热温度：1050 终压额度：850冲压后的热处理温度：870-900 冲压加工常用的润滑剂 查表7-8，润滑剂选取 石墨粉+水 冲压过程：将封头毛坯对中放在下模上，然后开动水压机使活动横梁空程向下，当压边圈与毛坯接触后，开动压边钢将毛坯的边缘压紧。接着上模空程下降，当与毛坯接触时，开动主缸使上模向下冲压，对毛坯进行拉伸，至毛坯完全通过

4、下模后，封头便冲压成形。对后开动提升缸和回程缸，将上模和压边圈向上提起，与此同时用脱模装置将包在上模上的封头脱下，并将封头从下模支座下取出，冲压过程即告结束。 冲压的应力和变形 径向应力分析r =(s ln Do/Dm +2Q/Dm)(1+1.6)+ s/2r+式中 s 冲压温度下钢板的屈服极限，MPa Do 毛坯的瞬时外径，可以近似等于毛坯外径，mm Dm 封头中性层处直径，mm 摩擦系数，钢板在热变形时=0.30.4，冷变形时=0.180.2 Q 压边力，N 钢板厚度，mm r 下模圆角半径，mm 切向应力分析根据应力状态分析，冲压封头时将产生切向应力，其计算公式如下： t = s (1l

5、n Do/Dx)式中 s 钢材的屈服极限，MPa Do 毛坯外径，mm Dx 计算切向应力作用点X处的毛坯外径，mm 压边条件采用压边圈使毛坯料只能在压边圈和下模之间移动，可以防止折皱的产生，而且在由压边圈产生的摩擦力作用下增加了经向拉力，也有利于防止封头鼓包的产生。压边圈的条件主要取决于Do,Dn与的关系。对于椭圆形封头热冲压采用压边圈的条件为：Do Dn (1820) 式中 Dn 封头内径，mm.1筒体的展开计算a.已知筒体高度H、公称直径Dg、中性层直径Dm、壁厚，计算时以中性层为基准。b.分析确定零件展开后图形的形状及所求的几何参数，圆柱形筒体展开后为矩形，所求的几何参数分别为长和宽。

6、则 L=Dm=（Dg+）； h=Hc.筒体公称直径Dg表（JB1152-82）,Dg选取4000 L=（4000+101）=12877 H=3854.2.号料 a.加工余量筒节卷制伸长量冷卷伸长量较小，通常忽略，约78焊缝收缩量对接接头双边焊，34焊缝坡口间隙单U型坡口，23边缘机加工双边余量根据加工长度，查表10切割余量钢板切割加工，查表14划线公差保证产品符合国家制造标准，取1展开尺寸12868b.划线技术要求实际用料线尺寸=展开尺寸-卷制伸长量+焊缝收缩量-焊缝坡口间隙+边缘加工余量 =12877-7+3-2+10=12880切割下料线尺寸=实际用料尺寸+切割余量+划线公差 =12880

7、+14+1=12895。c.合理排料排料必须符合国家标准规定，充分利用原材料。在钢板上划线下料，规格L=128951945，128951935，并号试板一对600120101.3.筒节弯卷的设计和计算1）直边预弯1 X$ ?# + Q# i/ j# G$ x: h! ( U 预弯是筒节成型的一个关键工序，制造完成预弯模具后将下料钢板放在油压机上进行预弯工序。为了保证预弯曲率的一致性，在钢板两端进行每隔50mm划线工作，每次压机的下压点均落在线上，而且保证每次的压力大小均等。预弯成型后预制样板进行检查，间隙保证小于0.5m 2）筒节弯卷的回弹估算弯卷钢板在辊子压力下既有塑性弯曲，又有弹性弯曲，故

8、钢板卸载后，会有一定的弹性回复，即回弹。筒节在热弯卷时，回弹量很小，不予考虑。但是，在热弯卷时，回弹量较大，钢材的强度越大，回弹量越大。为了尽量控制回弹量，冷弯卷时要过卷。同时，在最终成行前进行一次退火处理。a.冷卷回弹量的计算 筒节回弹前的内径Dn1可按下式估算： Dn1=（1- 2Kos/E）Dn/1+K1SDn1/E b.过卷量l可按下式计算： l=（Dn-Dn1）/2 式中 Dn筒节内径，4000mm s 钢材屈服极限，MPa E钢材弹性模量，MPa K1钢板界面形状系数，矩形K1=1.5 钢板厚度，98mm Ko钢材相对强化模数，15CrMoR钢材的Ko=5.8查阅标准，得s=275

9、MPa，E=200GPa.根据设计数据，筒节回弹前的内径Dn1=（1-25.8275）0.000005/（1+1.5275Dn1）200000984000 得Dn1=3664.1 mm过卷量l=（Dn-Dn1）/2=3.14(4000-3664.1)/2 =527.5 mm3）筒节弯卷成形预弯工序结束后即采用对称式三辊卷板机进行筒节的成型工序。为保证卷圆的质量及椭圆度指标，按照工艺要求规定卷板机下压成型的次数在6次以上，保证椭圆度在5mm以内。5.2 下球形封头的展开计算：由于球形封头属于不可展的零件，但生产中冲压加工或旋压加工是毛坯料展开后的图形都为圆形，所以只需要求出展开后的半径或直径即可

10、 采用经验法进行计算 Do=KDm+2h （一） Do为包括了加工余量的展开直径；K为经验系数 Dm 中性层直径 h 封头的直边高经查表，由球形封头a：b=1，所以K取1.42由总图可知，Dm=2X(2022+78/2)=4122 h=0 ,因此Do=1.42X4122=5853.24mm5.3号料：由标准钢板的规格限制以及展开计算可以得知，需要两块钢板， 因此采用拼焊缝技术。焊缝坡口的选择：由主材为15CrMoR，以及标准抗拉强度，因此采用冷加工方法加工坡口，由钢板的厚度比较大，考虑材料的成本以及毛坯直径过大，应采用单面外向的坡口。5.5 热成形： 冲压条件 由/Do100=78/5853.

11、24X1000.7，所以采用热冲压成型毛坯热冲压的加热温度的选择 从降低冲压力和有利于钢板变形考虑，加热温度可高些，但是温度过高会使钢材的晶粒显著成长，甚至形成过热组织，是钢材的塑性和韧性降低，严重时会产生过烧组织，毛坯冲压可能发生碎裂，因此合理选择加热温度是很有必要的按照常用封头材料的加热规范表可以得知入下表所示封头热成形加热装炉温度加热速度/H加热温度均热后保温时间冷却方式850200950+/-2030分钟出炉冲压5.6 压边条件的计算：采用压边圈是毛坯料只能在压边圈与下模之间滑动，可以防止折皱的产生，而且在有压边圈产生的摩擦力作用下，增加了经向拉应力，也有利于防止封头鼓包的尝试。因此，

12、确定在什么条件下需要采用压边圈是关系到封头质量好坏的重要因素。采用压边圈的条件主要决定与Do，Dn，与的关系条件如下公式 DoDn（1415） Do： 毛坯内径，mm； Dn： 封头内径，mm ；： 钢板厚度，mm DoDn=5853.242022X2=1809.24（1415）X78=（10921170）mm 因此需采用压边圈5.7 冲压模具的设计计算 上模（冲头）起结构及主要参数入下图。在实际冲压中，以内径为准的封头，上模设计应考虑同以直径几种相邻壁厚封头的通用性。计算公式如下：上模直径:Dsm=Dn（1）（mm）=t100线胀系数 t为冲压结束温度与室温之差收缩率或回弹率的经验值Do/m

13、m6007001000110018002000材料碳钢不锈钢铝铜/0.50.60.60.70.70.80.80.9-（）0.30.40.40.70.10.150.150.2由表得出取0.9所以冲压上模直径Dsm= Dn（1）=2022（10.9）=3841.8mm上模曲面高度Hsm:Hsm=hn（1 由图纸知道hn=1372mm所以Hsm=1372（10.9）=2606.8mm上模直边高度Ho:Ho=hH1H2H3（mm） h，封头直边高度 ；H1，封头高度修边余量，一般取1540mm H2，卸料板厚度，一般为4080mm；H3，保险余量，一般为40100mm H1取40mm，H2取80mm

14、，H3取100mm 所以Ho=04080100=220mm上模上部直径: 上模上部直径一般比上模直径大23mm 所以上模上部直径取3844mm上模壁厚:由于本次冲压机的吨位为3000吨所以冲压壁厚取80mm下模的设计 为了适应冲压不同尺寸封头及模具设计的通用性，下模的结构常设计为下模和下模座。这样在冲压不同直径封头时，只需改变下模直径Dxm即可，而下模座可以满足一系列封头冲压的需要，方便了模具的更换，避免了设计、制造模具。因此设计合理的下模和下模座是很有用的，也是很方便的。 上下模之间的间隙a：对封头成型质量有直接影响。若a值越大，则使冲压力减小，但易产生鼓包和褶皱，并影响封头直径尺寸;若a值

15、太小，则边缘部分将产生很大的挤压力和摩擦 力，使冲压力增大，不仅耗费功率，而且还可能将封头严重拉薄。因此，间隙a 应考虑板厚，还应考虑适当的附加值Z，即:a=Z 热冲压时Z=（0.10.2），冷冲压Z=（0.20.3） 由于本封头采用热冲压，所以Z取0.2=0.278=15.6mm； a=7815.6=93.6mm；下模内径Dxm： 下模内径Dxm=Dsm2am（mm）由互换性与技术测量查得公差等级为IT12，m取6.5mm，所以： Dxm=3841.81566.5=4004.3mm下模圆角半径r ：冲压毛坯时通过下模圆角时，除受拉应力外，还受很大的弯曲应力。若圆角太小，毛坯滑入下模拐弯太急，

16、弯曲应力增大，并使冲压力增大，毛坯受到严重拉薄和表面产生微裂纹；若圆角太大，则易产生褶皱和鼓包。因此，一般由经验选取。 由于本封头采用压边圈，所以r=（23）（mm）下模直边高度h1： h1=（4070）（mm） h1=70mm下模总高度h： h=（100250）（mm） h=250mm下模外径D1：D1=Dxm（200400）（mm）D1=4004.3400=4404.3mm下模座：外径D应大于毛坯直径Do；高度H=h+（60100）mm；下口内径D2应比与之配套的最大壁厚封头的下模内径Dxm大510mm。由于下封头带有出油口以及人孔等多个孔，因此在冲压时采用预先在毛坯上割出人孔等预切椭圆，然后再热态下进