第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件

第Ⅱ篇过程装备制造工艺

7成形加工

第Ⅱ篇过程装备制造工艺1主要内容:7.1筒节的弯卷成形7.2封头的成形7.3管子的弯曲主要内容:27.1筒节的弯卷成形设备：卷板机。分类：冷卷热卷温卷7.1筒节的弯卷成形设备：卷板机。分类：冷卷3①调整设备，轴线平行；②把板坯装入上下辊之间；③上辊下压，将板坯压弯；⑴弯卷成形过程①调整设备，轴线平行；②把板坯装入上下辊之间；③上辊下压，4④驱动两下辊旋转，板坯借助摩擦力而移动，并带动上辊转动。④驱动两下辊旋转，板坯借助摩擦力而移5⑤板坯移动过程中，连续通过最大受力位置（上辊最低线），使整个板坯（除两端）产生均匀一致的塑性变形，得到一定曲率的弧形板。⑤板坯移动过程中，连续通过最大受力位置（上6上述过程为一次行程。

通常一次弯卷很难达到所要求的变形程度，经过几次反复，可将钢板弯卷成一定弯曲半径的筒节。上述过程为一次行程。 通常一次弯卷很难达到所要求的变形程度，7冷卷成型根据筒节卷圆成形时，是否加热以及加热的温度高低，分为：冷卷成型、热卷成型、温卷成型。⑴冷卷成型——通常是在室温下成型、不需要加热设备。特点是：成型过程不产生氧化皮，操作工艺简单且方便操作,费用低。冷卷成型根据筒节卷圆成形时，是否加热以及加热的温度高低，分为8⑵钢板冷卷的变形率①冷卷变形率计算注意：弯卷前后，中面层长度不变；但沿钢板厚度方向，钢板塑性变形程度是变化的；外侧伸长，内侧缩短。⑵钢板冷卷的变形率①冷卷变形率计算注意：弯卷前后，中面层9按外侧相对伸长量计算变形率为:ε＝［(πDw－πDm)/πDm］×100％＝[δ/Dm]×100％结论钢板越厚、筒节的弯卷半径越小，则变形率越大。按外侧相对伸长量计算变形率为:＝[δ/Dm]×100％结10②变形率概念

冷弯变形率达到临界变形率，材料在随后热切割、焊接或热处理时，将产生粗大的再结晶晶粒。金属材料冷弯后产生粗大再结晶晶粒的变形速率，称为金属的临界变形率钢材的理论临界变形率范围为5%～10%。③实际变形率要求应小于理论临界变形率，否则后续热加工过程，会降低力学性能。②变形率概念 冷弯变形率达到临界变形率，材料在随后热钢材的11

实际生产中，要求

ε<5%，一般控制在ε≤2.5%～3%。

HG20584-1998《钢制化工容器制造技术要求》中规定：碳素钢、16MnR其他低合金钢18-8钢ε≤3%；ε≤2.5%；ε≤15%。 实际生产中，要求碳素钢、16MnRε≤3%；12④最小冷弯半径Rmin由公式[δ/Dm]×100％≤2.5%～3%可以看出：

在实际卷圆时，钢板厚度是已知的，用半径代替ε，更容易操作，也更为直观。钢板冷弯卷制筒节时，筒节的半径要大于或等于最小冷弯半径Rmin，否则要考虑进行热处理④最小冷弯半径Rmin由公式[δ/Dm]×13最小冷弯半径Rmin计算16MnR钢：（δ/Dm）×100％≤3%、（δ/R）×100％≤6%,则有：Rmin=16.7δ低合金钢：Rmim=20δ奥氏体不锈钢：Rmin=3.3δ钢板冷弯卷制筒节时,筒节的半径要大于或等于最小冷弯半径。最小冷弯半径Rmin计算16MnR钢：（δ/Dm）×100％14热卷成型概念：是在再结晶温度以上成型。特点：①热卷筒节时温度高、塑性好、易于成形，不产生硬化。②合理的加热温度。一般取900～1100℃

，成型终止温度不低于800℃,对普通低合金钢要注意缓冷。热卷成型概念：是在再结晶温度以上成型。①热卷筒节时温度高、塑15③应控制加热速度。加热速度快：加热时间短，内外温差大，容易出现缺陷；加热速度慢：

加热时间长，增加钢材与炉内氧化性气体H2O、CO2、O2等反应，产生氧化、脱碳等现象；氧化皮直接影响成型（麻点和压坑）。③应控制加热速度。加热速度快：加热时间短，内外温差大，容易出16④热卷需要加热设备，费用较大，在高温下加工，操作麻烦，钢板减薄严重。对厚板或小直径筒节通常采用热卷。当卷板时变形率超过要求、卷板机功率不能满足要求时，都采用热卷。④热卷需要加热设备，费用较大，在高温下加工，17温卷成型

概念：钢板加热到500～600℃进行的弯卷，由于是在钢材的再结晶温度以下，因此其实质仍属于冷卷，但它具备热卷的一些特点。①冷加工硬化明显减轻、塑性和韧性大为提高，减轻卷板机工作负担；②同时克服钢板的氧化、脱碳等现象。温卷成型 概念：钢板加热到500～600℃进行的弯卷，由①187.1.2筒节卷圆设备7.1.2.1对称式三辊卷板机1、特点①结构简单、紧凑，两下辊可设计得很近，重量轻，易于制造和维修；②最大缺点是在所卷筒节纵向接缝处的两板头产生直边。7.1.2筒节卷圆设备7.1.2.1对称式三辊卷板机1、192、直边的产生原因在卷圆过程中，两板头不可能通过最大弯矩e－e处，使两板头形成直边。直边长度两下辊间距的一半2、直边的产生原因在卷圆过程中，两板头不可能通过最大弯矩e203、克服直边的方法①预弯方法

3、克服直边的方法21②预留直边②预留直边224、上下辊垂直距离h的计算4、上下辊垂直距离h的计算23第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件24第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件257.1.2.2其他型式的卷板机

下辊垂直移动三辊卷板机；不对称式三辊卷板机；对称式四辊卷板机等。7.1.2.2其他型式的卷板机

下辊垂直移动三辊卷板机；26

⑴下辊垂直移动三辊卷板机

结构如图(a)：操作过程：

预弯板左端，图(b);下辊复原位，板坯移动到另一端图(c)；从动辊 主动辊 ⑴下辊垂直移动三辊卷板机 预弯板左端，图(b);从动辊27预弯板右端，图(d)；卷圆：右下辊复位，把钢板弯卷成无直边的圆筒，图(e)。预弯板右端，图(d)；卷圆：右下辊复位，把钢板弯卷成无直边28特点这种卷板机操作简单，结构不复杂，在生产上得到较普遍的应用。特点这种卷板机操作简单，结构不复杂，在生产上得到较普遍的应用29⑶不对称式三辊卷板机主动辊（位置不动）压料下辊预弯旁辊⑶不对称式三辊卷板机主动辊（位压料下辊预弯旁辊30工作过程①放料，下辊上移压紧料坯。如图(a)②用旁辊预弯板右侧。图(b)。工作过程①放料，下辊上移压紧料坯。如图(a)31④用旁辊预弯板左边。⑤成形：旁辊下调到合适位置，旋转辊子，使钢板弯卷成形。③然后旁辊恢复原位置，移动板坯到另一端，如图(c)④用旁辊预弯板左边。⑤成形：旁辊下调到合适位置，旋转辊子，使32⑷对称式四辊卷圆机工作过程

①放料、找正、压紧。

主动辊辅助辊下辊找正压紧⑷对称式四辊卷圆机辅助辊下辊找正压紧33②右边预弯

升起右侧辊对板边预弯。③筒体预成型 右侧辊调节到合理位置（左侧辊在原位置），然后回转辊子使筒体预成型；升起右侧辊调节到合 理位置②右边预弯升起右侧辊调节到合34④左边弯曲：成型到另一端时，上升左侧辊，弯曲板端直边；⑤成型：然后连续弯卷，直到卷成需要的筒节为止。弯曲直边④左边弯曲：成型到另一端时，上升左侧辊，弯⑤成型：然后连续弯35特点：一次安装可以卷成一个圆筒，不留直边，故加工性能较先进。但其结构复杂，加工要求严格，造价高。特点：一次安装可以卷成一个圆筒，不留直边，故加36（5）立式卷板机扎辊1为主动轮，2是侧支柱，3为压紧轮。弯卷时，钢板放入辊1和柱2之间，压紧轮3靠液压力始终将钢板紧压在辊1上，两侧支柱2朝辊1方向推进将钢板局部压弯。然后支柱2退回原位，驱动辊1使钢板移动一定距离，两侧支柱2再向前将钢板压弯。（5）立式卷板机扎辊1为主动轮，2是侧支柱，3为压紧轮。337特点：间歇地、分级地将钢板压弯成筒节，压弯力强，钢板一次通过弯曲成形；2.热卷厚板时，氧化皮不会落在辊筒与钢板之间，可以避免表面产生压坑等缺陷；3.卷大直径薄壁筒节时，不会因钢板的刚度不足而下塌；4.弯卷时，钢板与地面摩擦，薄壁大直径筒节有拉成上下圆弧不一致的可能。特点：387.1.3筒节卷圆常见的外形缺陷①过弯由于下压量过大。防止方法应及时用样板检查弯曲度。7.1.3筒节卷圆常见的外形缺陷①过弯由于下压量过大。防止方39②锥形由于两端的下压量不同，致使上、下辊轴线互不平行而产生。②锥形由于两端的下压量不同，致使上、下辊轴线互不平行而产生40③鼓形由于辊轴的刚性不足（相当于中部下压量不足）所致。④棱角预弯不足或过量③鼓形由于辊轴的刚性不足（相当于中部下压量不足）所致。预弯417.2封头的成形内压凸形封头种类封头种类凸形封头平板形封头锥形封头半球形封头椭圆形封头碟形封头球冠形封头带折边的锥形封头不带折边的锥形封头7.2封头的成形内压凸形封头种类封头种类凸形封头平板形封头42第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件43第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件44半球形封头(HH)半球形封头是由半个球壳构成。直径较小、器壁较薄的半球形封头可整体热压成形。大直径的则先分瓣冲压，再焊接组合。焊缝钢板半球形封头(HH)半球形封头是由半个球壳构成。焊缝钢板45椭圆形封头(EH)组成：半个椭球面和短圆筒（直边），高度ho直边的作用：①保证封头的制造质量；②避免焊缝处附加边缘应力。椭球部分直边标准椭圆形封头：长轴半径a和短轴半径b之比a/b=2曲面深度hi=Di/4hih0δDN椭圆形封头(EH)组成：半个椭球面和短圆筒（直边），高度ho463蝶形封头(DH)结构：半径为Rc的球面体、半径为r的过渡圆弧（即折边）高度为h0的短圆筒（即直边）Rch0hrDi折边直边球体部分3蝶形封头(DH)结构：半径为Rc的球面体、Rch0hrD474锥形封头轴对称锥壳无折边锥壳带折边锥壳：有过渡圆弧（折边）和直边不带折边锥形封头局部加强的不带折边锥形封头带折边锥形封头

不带折边锥形封头与筒体连接处存在较大边界应力，尽管连接处附近的边缘应力数值很高，但却具有局部性和自限性，所以这里发生小量的塑性变形是允许的。降低边界应力的方法：1）局部加强；2）加折边和直边4锥形封头轴对称锥壳无折边锥壳带折边锥壳：有过渡圆弧（折边48锥形封头带折边锥形封头锥形封头带折边锥形封头49锥形封头广泛应用于许多化工设备的底盖，它的优点是便于收集与卸出这些设备中的固体物料。此外，一些塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来。锥形封头的用途底封头连接两节不同直径的圆筒或管子锥形封头广泛应用于许多化工设备的底盖，它的优点是便于50封头的基本加工方法冲压成形(整体，分片)旋压成形——椭圆，球形，大尺寸。滚压成形——锥形爆炸法——摸索阶段，安全问题。封头的基本加工方法冲压成形(整体，分片)旋压成形——椭圆，球51冷冲：�径向拉应力小(厚度小，塑性好，硬化不明显)；如20R、16MnR一般δ≤5；�设备能力许可；�18－8钢尽量冷冲（薄板），厚板只能热冲；�铝材用冷冲。7.2.1冲压封头的工艺问题①冷冲和热冲冷冲：�径向拉应力小(厚度小，塑性好，硬化不明显)；�152●依据δ／D0，选择冷冲或热冲◆圆角处有很大的接触应力，产生严重摩擦和磨损。◆润滑方法：冷冲用油或脂；◆热冲用石墨粉或二硫化钼＋机油调配。②润滑●依据δ／D0，选择冷冲或热冲◆圆角处有很大的接触应力，产53

≤1100 ≤1050≤960

≤1150

≥750 ≥850≥900≥950880～910 870～900 890～920

③热冲加热过程▲加热温度：若高，降低冲压力和有利于钢板变形；温度过高,会使钢材的晶粒显著长大,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。 ≤1100 ≥750880～910 ③热冲加热过程54▲加热时间：越长，氧化也越严重。因此,在保证钢板加热时温度分布均匀和不产生过大热应力的情况下,原则上应缩短钢板的加热时间。但对导热性差的合金钢，可增加加热时间，使温度分布均匀。▲加热时间：越长，氧化也越严重。因此,在保证钢板加热时温度55

▲成形后的热处理要求： 冷冲时，周边金属有较严重的冷硬现象，要求高时，成形后热处理。 热冲时，可能产生不利组织：粗晶、淬火等，成形后热处理。 ▲成形后的热处理要求：567.2.2冲压封头过程7.2.2.1冲压机结构。液压缸

滑动横梁 上模 压料圈 料板 下模 立柱 导柱 下模座 机座7.2.2冲压封液压缸577.2.2冲压过程

①装料

将封头毛坯对中放在下模上； ②压边圈压紧坯料

开动水压机，液压缸推动上模、压边圈向下移动； 压边圈首先与毛坯接触并压紧坯料。毛坯 下模 上模 压边圈7.2.2冲压过程毛坯58③弯曲、胀形

当凸模下降与料坯接触时，下模弯角处料坯开始弯曲，凸模底部少量料坯承受全部变形力，并开始产生胀形。④胀形、拉伸

随着胀形变形区的扩大，冲压力增大，同时部分料坯开始流动，产生料拉伸变形。③弯曲、胀形 当凸模下降与料坯接触④胀形、拉伸 随着胀形变形59打料杆 脱模

⑤成型

毛坯完全通过下模后，封头成型； ⑥脱模

上模上移，打料杆将包在上模上的封头脱下。 上述冲压过程称为一次成形冲压过程。 以上过程可知，封头冲压属于拉延过程。打料杆 ⑤成型封头冲压属于拉延过程。607.2.3冲压过程的应力和变形

分析在冲压过程中，典型位置应力状态和变形各有其特点：

边缘

部分A下模圆角部分B间隙 处C底部D7.2.3冲压过程的应力和变形下模圆角间隙底部D61Aσt7.2.3.1典型位置应力变形特点①边缘A部分

a上模压力P使微元在径向受拉伸应力σr，直接产生两个效果：①微元产生经向拉伸应变，坯料径向弧长拉长；②微元整体向中心流动，使坯料外圆周长减小。

b随着坯料直径减小，边缘金属沿切向收缩，产生切（周）向压缩应力σt；

c压边圈在板厚方向施加压应力σn。σnσrAσt7.2.3.1典型位置应力变形特点σnσr62注意切向压缩应力——会使毛坯边缘增厚，也有可能使毛坯边缘丧失稳定而产生折皱；为了避免产生折皱，常用压边圈将边缘压紧；故：毛坯边缘材料常常处于三向应力状态注意切向压缩应力——会使毛坯边缘增厚，也有可能使毛坯边缘丧失63②下模圆角B处应力变形特点 取微元

a上模压力P使微元受径向拉伸应力σr，微元本身径向拉长；微元整体向中心流动。

b微元整体向中心流动过程中，周向相邻微元间产生切向压缩应力σt；

c受下模圆角作用，还有弯曲应力；Bσrσt②下模圆角B处应力变形特点Bσrσt64③间隙C处应力变形特点 取微元a微元整体向中心流动，仍受经向拉伸应力σr；向中心流动过程中该处周长减小，存在切向压缩应力σt；

b板厚方向已不受力，处于自由状态，但有切向压缩应力，薄壁封头在此处容易失稳起皱。Cσrσt③间隙C处应力变形特点a微元整体向中心流动，仍受经向拉伸应65④底部D处有较小的伸长变形（胀形），厚度略有减薄。故经向和切向都受到较小拉应力；注意：该处曲率半径越小，拉应力相应越大，拉薄程度大。如球形封头该处减薄量大于标准椭圆封头。D④底部D处有较小的伸长变形（胀形），厚度略有减薄。故经向和667.2.3.2应力定性分析计算①最大径向拉应力定性分析要解决两个问题：一是成型过程何时拉应力最大（需最大冲压力）；二是影响最大径向拉应力的因素。7.2.3.2应力定性分析计算①最大径向拉应力定性分析要解67

实践证明，坯料下表面完全包住下模圆角时；此时径向拉应力达到最大值。a成型过程何时拉应力最大（需最大冲压力）

料坯圆周 刚开始向中

心流动。

此时，坯料上表面完全包住上模柱面以下的区域。 实践证明，a成型过程何时拉应力最大（需最大冲压力） 心流68b影响最大径向拉应力的因素。毛坯直径、封头直径；金属的变形抗力、硬化程度；摩擦力；弯曲力等因素有关。b影响最大径向拉应力的因素。毛坯直径、封头直径；金属的变69②热冲压时径向拉应力的计算公式及分析②热冲压时径向拉应力的计算公式及分析70

③切向应力定性分析计算

冲压封头时，在边缘区域将产生很大的切向压缩应力，其坯料各位置切向应力计算公式如下：毛坯

外径 计算X处的 毛坯直径结论：最大切向压应力在坯料的最外缘。 最大切向压应力大小＝σs。 ③切向应力定性分析计算毛坯 外径717.2.3.3影响折皱产生的封头几何因素①相对厚度δ/Dmδ/Dm越小，坯料边缘的稳定性越差；在压应力作用下，容易丧失稳定而起皱。（相当于压杆稳定）②毛坯位置

毛坯边缘切向应力大，容易丧失稳定而起皱的可能性就大。7.2.3.3影响折皱产生的封头几何因素①相对厚度δ/Dm72③折皱的产生还与下列因素有关：◆毛坯加热温度的均匀性；◆封头是否有焊缝；◆模具间隙大小和均匀性；◆下模圆角大小；圆角大，自由变形区增大，容易失稳；

◆润滑情况，润滑好，有利于金属均匀流动，可避免由于受力不均、变形不均而产生的折皱和鼓包。③折皱的产生还与下列因素有关：◆毛坯加热温度的均匀性；◆737.2.4.4压边条件⑴采用压边圈可以防止折皱的产生，理由如下有下列两点：①它使毛坯法兰只能在压边圈与下模间滑动，相当增加了稳定性；②压边圈产生的摩擦力，有利于经向拉应力均匀，防止封头鼓包的产生。7.2.4.4压边条件⑴采用压边圈可以防止折皱的产生，理由如74⑵采用压边圈的条件主要决定于D0、Dn与δ的关系，也与各制造厂的生产工艺和经验有关。折皱准数:(D0－Dn)/δ由折皱准数确定的压边的条件如下：⑵采用压边圈的条件主要决定于D0、Dn与δ的关系，也与各制75b球形封头热冲压采用压边圈的条件D0－Dn≥(14～15)δC平顶封头热冲压采用压边圈的条件D0－Dn≥(21～22)δa

热冲压标准椭圆形封头的条件：（D0－Dn）／δ≥18～20当D0＝400～1200mm时：（D0－Dn）／δ≥20当D0＝1400～1900mm时：（D0－Dn）／δ≥19当D0＝2000～4000mm时：（D0－Dn）／δ≥18b球形封头热冲压采用压边圈的条件D0－Dn≥(14～15)76⑶压边圈压力分析压边力过大，增大了摩擦力，即增大了拉应力，会使封头拉薄，甚至拉裂；压边力过小，则不能防止折皱的产生。

根据分析和试验，不产生折皱的最适宜的压边力应是一个变值（应随冲压过程的进行而逐渐加大）。它应故要求设计一个特殊液压或气动装置，使压力能按要求作相应的变化。⑶压边圈压力分析压边力过大，增大了摩擦力，即增大了拉应力，会77由于其他压边圈结构复杂，目前生产中大多采用固定压边力的压边圈。在这种情况下，压边力选取原则是：取——保证不起折皱的最低压力值。由于其他压边圈结构复杂，目前生产中大多采用固定压边力的压边圈78①最大冲压力理论计算公式P＝σrπDmδπDmδ——表示以Dm为直径的圆环断面面积7.2.4设备与模具①最大冲压力理论计算公式P＝σrπDmδπDmδ——表示以79目前常用的经验公式

P＝CKπ(D0－Dm)δσtb压边力影响系数：无压边C＝1，有压边C＝1.2；封头形状影响系数：椭圆形封头K＝1.25～1.35；球形封头K＝1.4～1.6。目前常用的经验公式压边力影响系数：封头形状影响系数：80a上模：材料用优质铸铁。上模直径Dsm计算冷冲：Dsm＝Dn(1－φ)φ——材料回弹率；热冲：Dsm＝Dn(1＋Ψ)材料收缩率Ψ＝α·△t·100％；（一般取经验值）△t——冲压结束温度与室温之差上模上部直径：D’sm＝Dsm＋（2～3）mm②模具a上模：材料用优质铸铁。上模直径Dsm计算冷冲：Dsm＝81冷冲上模曲面部分高度:Hsm＝hg(1－φ)hg——封头内曲面部分高度热冲上模曲面部分高度Hsm=hg(1＋Ψ)上模高度=Hsm上模曲面部分高度+H0上模直边高度两部分组成冷冲上模曲面部分高度:Hsm＝hg(1－φ)hg——封头内82上模直边高度Ho（有锥度）封头直边高度

Ho=h+H1+H2+H3封头高度修边余 量15～40mm

mm卸料板厚度40～80mm险余量40～100上模直边高度Ho（有锥度）封头直 Ho=h+H1+H2+H383上模壁厚上模壁厚当压力机≤400t，取30～40mm；当≥1500t，取70～80mm;上模壁厚上模壁厚当压力机≤400t，取30～40mm；84◆下模

由拉环和下模座组成。为了适应冲压不同尺寸封头及模具设计的通用性，下模具设计的通用性，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（拉环内径）即可。◆下模 由拉环和下为了适应冲压不同尺寸封头及模具设计的通用性85模具间隙aa值过大，冲压力减小，但自由变形区宽度增加，易产生鼓包和折皱，并影响封头直径尺寸；

a值过小，圆角及间隙处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，而且可能将封头严重拉薄。因此，间隙应考虑板厚δ，还应考虑适当的附加值Z；模具间隙aa值过大，冲压力减小，但自由变形区宽度增加，易产生86间隙a＝δ﹢Z(间隙附加值）(mm)热冲压时Z＝(0.1～0.2)δ冷冲压时Z＝(0.2～0.3)δ。两倍的间隙附加值2Z经验数据如下表间隙a＝δ﹢Z(间隙附加值）(mm)热冲压时Z＝(0.1～87下模内径DxmDxm=Dsm+2α+δmmm下模制造公差上模直径间隙下模内径DxmDxm=Dsm+2α+δmmm下模制造公差88下模外径D1D1=Dxm+200～400mm（并要与下模座内径通用尺寸配合）下模外径D1D1=Dxm+200～400mm（并要与下模座内89下模圆角半径r。 若圆角太小，弯曲应力增大，冲压力增大，容易产生拉薄和表面微裂纹； 若圆角太大，容易产生折皱和鼓包。

◆经验计算法如下：(mm)(mm)

采用压边圈时：r=(2～3)δ

不采用压边圈时：r=(4～6)δ自由变形区长度增加下模圆角半径r。(mm) 采用压边圈时：r=(2～3)δ90当毛坯很厚 可采用双曲率圆角或采用斜坡圆角当毛坯很厚91

下模座内径

=D1max+1下模座外径D>D0（毛坯外径）下模座尺寸计算 高度

H=h+(60～

100)下口内径D2＝下模内径Dxm+(5～10） 下模座内径下模座尺寸计算 H=h+(60～92◆压边圈尺寸计算

内径Dn=Dxm+(50～80)厚度δ=70～120外径D’w=下模座外径D压边圈

拉环

下模座◆压边圈尺寸计算 内径Dn=Dxm+(50～80)δ=70～93薄壁(D0一Dm)≥45δ的封头成形特点：带有压边圈的一次冲压成形法，在自由变形区也会产生鼓包和折皱。 可采用下列方法冲压：分析刚开始冲压，上模与毛坯的接触直径为Dc较小。不稳定L环形段，不与上、下模接触，容易丧失稳定。1、多次冲压成形法薄壁(D0一Dm)≥45δ的封头成形特点：带有压边圈的一次冲94采用多次冲压成形法的特点即用同一个上模，多个下模进行多次冲压成形；第一次冲压时，拉环内径较小。

不稳定段L的宽度减少。采用多次冲压成形法的特点即用同一个上模，多个下模进行多次冲压95适应薄壁封头(D0－Dm)/δ=120～220开始冲压时，压边力＝0；随着过程的进行，周边增厚，压边力增大，满足冲压过程对压边力的实际要求。2、采用有间隙压边圈法适应薄壁封头(D0－Dm)/δ=120～220开始冲96冲压较薄壁封头（材料塑性好）(60δ<D0－Dm<120δ)增加自由变形区的径向拉力，使该区拉力、变形均匀，避免折皱和鼓包。3、采用带坎拉深法冲压较薄壁封头（材料塑性好）(60δ<D0－Dm<120δ)97当(D0－Dm)≤6δ的封头认为是厚壁封头

因毛坯较厚，边缘部分金属不易变形，在拉深时急剧增厚，增厚率达10%以上；使通过下模圆角时的阻力大为增加，需要很大的冲压力；冲压时：●增大模具间隙；●或将坯料边缘削薄，再进行冲压加工。厚壁封头当(D0－Dm)≤6δ的封头认为是厚壁封头 因毛坯较厚，边缘98冲压主要特点◆复板常发生折皱；两层材料的结合区产生裂纹，甚至撕裂。分析•复合钢板在加热时，基层和复层线膨胀系数不同，金属本身变形抗力也不同；•在相同的应力下，流动特点不同，产生的变形不同。•复板变形大，容易产生折皱；结合层产生裂纹。复合钢板封头的冲压冲压主要特点◆复板常发生折皱；两层材料的结合区产生裂纹，甚至99•最常出现裂纹的部位是直边部分，因为这部分材料在冲压时的应力和变形最大。 因此，无论厚度如何，冲压时都必须采用压边圈，防止复板起皱。•最常出现裂纹的部位是直边部分，因为这部分材料在冲压时的应力100◆热冲压对复层材料性能有不利影响•镍铬不锈钢晶间腐蚀（注意加热温度及速率）；•钛材在300℃以上,可快速吸氢;600℃以上可快速吸氧;700℃以上可快速吸氮;使钛材塑性、韧性下降。钛复合板的冲压温度在550~650℃之间为宜。◆热冲压对复层材料性能有不利影响•镍铬不锈钢晶间腐蚀（注意1017.2.5冲压后封头壁厚变化球形封头底部，冲压过程一直受拉应力，减薄量最大直边和靠近直边部分，冲压时切向压应力大，壁厚增加；且越接近边缘，增加壁厚越大。7.2.5冲压后封头壁厚变化球形封头底部，冲压过程一直边和102

直边和靠近直边部 分，冲压时切向压应 力大，壁厚增加；且 越接近边缘，增加壁 厚越大。标准椭圆封头底部，与球形封头比较，冲压过程一直受较小的拉应力，减薄量较小此处有弯曲、胀形、拉延，且拉应力最大，壁厚减薄量最大 直边和靠近直边部与球形封头比较，冲此处有弯曲、胀形、拉1037.2.6封头的旋压成形适用于大型封头的制造。目前采用旋压成形法制造大型封头已成为主要方法。1.旋压成形的特点

①适合制造尺寸大、壁薄的大型封头，目前已制造￠5000mm、￠7000mm、10000mm,甚至￠20000mm的超大型封头；②旋压机比水压机轻巧，制造相同尺寸的封头，比水压机约轻2.5倍；7.2.6封头的旋压成形适用于大型封头的制造。目前采用旋压104③旋压模具比冲压模具简单、尺寸小、成本低；④适于单件小批生产；⑤不易产生减薄和折皱，封头成形质量好；⑥不适宜厚壁小直径，若旋压成形，比较麻烦，不如冲压成形简单；⑦旋压过程较慢，生产率低于冲压成形。⑧若用冷旋压，对容易硬化的材料需消除硬化热处理。③旋压模具比冲压模具简单、尺寸小、成本低；④适于单件小批生产1052旋压成形的方法分类：按使用的主要设备情况，分为单机旋压法、联机旋压法。单机旋压法——在旋压机上一次完成封头的旋压成形过程。联机旋压法——分别用压鼓机和旋压机对封头料坯先压鼓后翻边的成型方法。2旋压成形的方法分类：按使用的主要设备情况，分为单机旋压法106简单介绍单机旋压法。根据模具使用情况单机旋压法可分为：有模旋压法、无模旋压法、冲旋联合法。简单介绍单机旋压法。根据模具使用情况单机旋压法可分为：有模旋107①有模旋压法①有模旋压法108②无模旋压法②无模旋压法109③冲旋联合法③冲旋联合法1107.2.7封头制造的质量要求①封头应尽量用整块钢板制成,必须拼接时,焊缝数量及位置，应满足封头的划线技术要求。②封头冲压前，应清除钢板毛刺；冲压后去除内外表面的氧化皮,表面不允许有裂纹等缺陷。对于微小的表面裂纹和高度达3mm的个别凸起应进行修整。③封头和筒体对接处的圆柱部分长度（直边高度）应符合下表要求。7.2.7封头制造的质量要求①封头应尽量用整块钢板制成,必111④封头的几何形状和尺寸偏差内径内径偏差椭圆度(Dmax-Dmin)Ｄｎ≤1000＋3～－2；41000<Ｄｎ≤1500＋5～－3；6Ｄｎ>1500

＋7～－4；8④封头的几何形状和尺寸偏差Ｄｎ>1500＋7～－4；1127.3管子的弯曲7.3.1管子弯曲应力分析和变形量计算7.3.1.1应力和变形分析（自由弯曲）①管子外侧壁•管子在弯矩M作用下，轴线外侧管壁受拉应力；•随着变形率的增大，拉力逐渐增大，管壁可能减薄、严重时可产生微裂纹；7.3管子的弯曲7.3.1管子弯曲应力分析和变形量计算113②管子内侧壁 严重时可使管壁失稳产生内折皱受压应力作用，管壁可能增厚②管子内侧壁 严重时可受压应力作114③管子横截面变形•在Nl与N2作用下，管子横截面变形；•自由弯曲时，变形将近似为椭圆形；③管子横截面变形•在Nl与N2作用下，管子•自由弯曲115半圆槽内弯曲，内侧基本上保持半圆形外侧变扁。半圆槽内弯外侧变扁。116④影响弯管缺陷产生的主要因素a相对弯曲半径R/dw，它表示弯曲程度。由：变形率ε＝[dw/(2R)]×100％管子外径dw越大，弯曲半径R越小，内、外侧的变形率越大。④影响弯管缺陷产生的主要因素a相对弯曲半径R/dw，它117b相对弯曲壁厚δ/dw表示弯曲横截面的稳定性；壁厚越小，管子直径越大，弯曲横截面的稳定性越差，越容易失稳。b相对弯曲壁厚δ/dw表示弯曲横截面的稳定性；壁厚越小，118⑵实际生产中控制管子弯曲变形率的主要方式是控制管子的弯曲半径。

弯曲半径有关规定，对一般受压≤10MPa的管子，如换热器U形弯管段的弯曲半径R≥2dw；常用换热器的最小弯曲半径Rmin如下表：7.3.1.2管子变形率的控制⑵实际生产中控制管子弯曲变形率的主要方式是控制管子的弯曲半径1197.3.2弯管方法

冷弯和热弯；有芯和无芯弯管；手工和机械弯管等多种方法。7.3.2弯管方法有芯和无芯弯管；手工和机械弯管等多种方法120冷弯和热弯

主要考虑变形的难易程度及防止缺陷产生，直径较大（dw≥108)、直径60mm以上的厚壁管，弯管阻力较大，用热弯。有芯和无芯弯管主要考虑弯管后的形状、尺寸及防止缺陷产生。手工和机械弯管效率，质量，能力。冷弯和热弯 主要考虑变形的难易程度及防止缺陷产生，直主要考虑121（1）手工弯管手工弯管可分为热弯和冷弯。管子在室温下的弯曲习惯上称作冷弯，由于冷弯效率高，质量好，操作环境好，所以直径108mm以下的管子多采用冷弯.（1）手工弯管122第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件123手工热弯热弯时一般要以砂子作填充物。弯管前在管内装砂子的作用是阻止弯曲变形时管的截面变成椭圆形或内侧表面起皱。因为砂子的吸热性和保温性都较好，用它做热载体允许管子缓慢成形而不用重复加热，并且经济、易于操作。加热温度：低碳钢950-1000℃，普通低合金钢850-1000℃，18-8型不锈钢1100-1200℃。手工热弯热弯时一般要以砂子作填充物。124第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件125第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件126

7.3.3控制缺陷的几种典型方法⑴反变形法——弯管过程管子安装在弯管机中，并用夹头加紧。随着主动扇形轮的旋转，在扇形轮槽内弯管。

注意：压紧辊具有反变形槽，在弯管前使管子先产生一个预变形（弯曲实际变形方向相反）。主动扇形轮（模）压紧辊导向辊夹头e在0～12mm间调整。管子7.3.3控制缺陷的几种典型方法注意：压紧辊具127反变形轮槽结构扇形轮槽宽B<dw安装间隙δ≈1～2mm反变形轮槽结构扇形轮槽宽B<dw安装间隙δ≈1～2mm128反变形槽的设计反变形槽的设计129

⑵有芯弯管法适用于:直径较大的管子弯曲。特点管子随扇形轮转动弯曲芯棒固定夹头导向辊⑵有芯弯管法管子随扇形轮转动弯曲芯棒固定夹头导向辊130

圆柱式芯棒

特点：形状简单，应用广泛。芯棒直径:取d=(90％)dn;通常比管内径小0.5～1.5mm；长度:L=(3～5)d圆柱式芯棒芯棒直径:长度:131芯棒伸入弯管区的距离e管子弯 曲点芯棒伸入弯管区的距离e管子弯132热弯的加热及热弯的特点加热温度

碳钢低合金钢950～1000℃1050℃

18－8型不锈钢1100～1200℃加热方法手工热弯管法和中频加热热弯的加热及热弯的特点碳钢950～1001337.7.4管件制造的技术要求以换热管设计、制造为例。⑴换热管的拼接须符合下列要求。①同一根换热管，对接焊缝数量不得超过下列规定：直管一条或U形管两条。②最短管长不得小于300mm。③U形管段(包括至少50mm直管段)的范围内不得有拼接焊缝。④对口错边量应不超过管子壁厚的15%，且不大于0.5mm。7.7.4管件制造的技术要求以换热管设计、制造为例。⑴换热134⑤对接后，焊接接头进行通球检查，以钢球通过为合格。通球直径选取（mm）换热管外径dwdw≤2525＜dw≤40dw＞40钢球直径0.75dn0.8dn0.85dn⑥对接焊接接头应作焊接工艺评定。⑤对接后，焊接接头进行通球检查，以钢球换热管外径dwdw≤135⑦对接焊接接头应进行射线检测抽查数量应不少于接头总数的10%，且不少于一条，以GB3323一87的Ⅲ级为合格。如有一条不合格时，应加倍抽查；再出现不合格时，应100%检查。⑧对接后的换热管，应逐根做液压试验，试验压力为设计压力的两倍。⑦对接焊接接头应进行射线检测抽查数量应不少于接头总数的10%136对于U形管的弯制弯管段的圆度偏差应不大于管子名义外径的10%；U形管不宜热弯，否则应征得用户意见；当有耐应力腐蚀要求时，冷弯U形管的弯管段及至少包括150mm的直管段应进行热处理。对于U形管的弯制弯管段的圆度偏差应不大于管子名义外径的10%137第Ⅱ篇过程装备制造工艺

7成形加工

第Ⅱ篇过程装备制造工艺138主要内容:7.1筒节的弯卷成形7.2封头的成形7.3管子的弯曲主要内容:1397.1筒节的弯卷成形设备：卷板机。分类：冷卷热卷温卷7.1筒节的弯卷成形设备：卷板机。分类：冷卷140①调整设备，轴线平行；②把板坯装入上下辊之间；③上辊下压，将板坯压弯；⑴弯卷成形过程①调整设备，轴线平行；②把板坯装入上下辊之间；③上辊下压，141④驱动两下辊旋转，板坯借助摩擦力而移动，并带动上辊转动。④驱动两下辊旋转，板坯借助摩擦力而移142⑤板坯移动过程中，连续通过最大受力位置（上辊最低线），使整个板坯（除两端）产生均匀一致的塑性变形，得到一定曲率的弧形板。⑤板坯移动过程中，连续通过最大受力位置（上143上述过程为一次行程。

通常一次弯卷很难达到所要求的变形程度，经过几次反复，可将钢板弯卷成一定弯曲半径的筒节。上述过程为一次行程。 通常一次弯卷很难达到所要求的变形程度，144冷卷成型根据筒节卷圆成形时，是否加热以及加热的温度高低，分为：冷卷成型、热卷成型、温卷成型。⑴冷卷成型——通常是在室温下成型、不需要加热设备。特点是：成型过程不产生氧化皮，操作工艺简单且方便操作,费用低。冷卷成型根据筒节卷圆成形时，是否加热以及加热的温度高低，分为145⑵钢板冷卷的变形率①冷卷变形率计算注意：弯卷前后，中面层长度不变；但沿钢板厚度方向，钢板塑性变形程度是变化的；外侧伸长，内侧缩短。⑵钢板冷卷的变形率①冷卷变形率计算注意：弯卷前后，中面层146按外侧相对伸长量计算变形率为:ε＝［(πDw－πDm)/πDm］×100％＝[δ/Dm]×100％结论钢板越厚、筒节的弯卷半径越小，则变形率越大。按外侧相对伸长量计算变形率为:＝[δ/Dm]×100％结147②变形率概念

冷弯变形率达到临界变形率，材料在随后热切割、焊接或热处理时，将产生粗大的再结晶晶粒。金属材料冷弯后产生粗大再结晶晶粒的变形速率，称为金属的临界变形率钢材的理论临界变形率范围为5%～10%。③实际变形率要求应小于理论临界变形率，否则后续热加工过程，会降低力学性能。②变形率概念 冷弯变形率达到临界变形率，材料在随后热钢材的148

实际生产中，要求

ε<5%，一般控制在ε≤2.5%～3%。

HG20584-1998《钢制化工容器制造技术要求》中规定：碳素钢、16MnR其他低合金钢18-8钢ε≤3%；ε≤2.5%；ε≤15%。 实际生产中，要求碳素钢、16MnRε≤3%；149④最小冷弯半径Rmin由公式[δ/Dm]×100％≤2.5%～3%可以看出：

在实际卷圆时，钢板厚度是已知的，用半径代替ε，更容易操作，也更为直观。钢板冷弯卷制筒节时，筒节的半径要大于或等于最小冷弯半径Rmin，否则要考虑进行热处理④最小冷弯半径Rmin由公式[δ/Dm]×150最小冷弯半径Rmin计算16MnR钢：（δ/Dm）×100％≤3%、（δ/R）×100％≤6%,则有：Rmin=16.7δ低合金钢：Rmim=20δ奥氏体不锈钢：Rmin=3.3δ钢板冷弯卷制筒节时,筒节的半径要大于或等于最小冷弯半径。最小冷弯半径Rmin计算16MnR钢：（δ/Dm）×100％151热卷成型概念：是在再结晶温度以上成型。特点：①热卷筒节时温度高、塑性好、易于成形，不产生硬化。②合理的加热温度。一般取900～1100℃

，成型终止温度不低于800℃,对普通低合金钢要注意缓冷。热卷成型概念：是在再结晶温度以上成型。①热卷筒节时温度高、塑152③应控制加热速度。加热速度快：加热时间短，内外温差大，容易出现缺陷；加热速度慢：

加热时间长，增加钢材与炉内氧化性气体H2O、CO2、O2等反应，产生氧化、脱碳等现象；氧化皮直接影响成型（麻点和压坑）。③应控制加热速度。加热速度快：加热时间短，内外温差大，容易出153④热卷需要加热设备，费用较大，在高温下加工，操作麻烦，钢板减薄严重。对厚板或小直径筒节通常采用热卷。当卷板时变形率超过要求、卷板机功率不能满足要求时，都采用热卷。④热卷需要加热设备，费用较大，在高温下加工，154温卷成型

概念：钢板加热到500～600℃进行的弯卷，由于是在钢材的再结晶温度以下，因此其实质仍属于冷卷，但它具备热卷的一些特点。①冷加工硬化明显减轻、塑性和韧性大为提高，减轻卷板机工作负担；②同时克服钢板的氧化、脱碳等现象。温卷成型 概念：钢板加热到500～600℃进行的弯卷，由①1557.1.2筒节卷圆设备7.1.2.1对称式三辊卷板机1、特点①结构简单、紧凑，两下辊可设计得很近，重量轻，易于制造和维修；②最大缺点是在所卷筒节纵向接缝处的两板头产生直边。7.1.2筒节卷圆设备7.1.2.1对称式三辊卷板机1、1562、直边的产生原因在卷圆过程中，两板头不可能通过最大弯矩e－e处，使两板头形成直边。直边长度两下辊间距的一半2、直边的产生原因在卷圆过程中，两板头不可能通过最大弯矩e1573、克服直边的方法①预弯方法

3、克服直边的方法158②预留直边②预留直边1594、上下辊垂直距离h的计算4、上下辊垂直距离h的计算160第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件161第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件1627.1.2.2其他型式的卷板机

下辊垂直移动三辊卷板机；不对称式三辊卷板机；对称式四辊卷板机等。7.1.2.2其他型式的卷板机

下辊垂直移动三辊卷板机；163

⑴下辊垂直移动三辊卷板机

结构如图(a)：操作过程：

预弯板左端，图(b);下辊复原位，板坯移动到另一端图(c)；从动辊 主动辊 ⑴下辊垂直移动三辊卷板机 预弯板左端，图(b);从动辊164预弯板右端，图(d)；卷圆：右下辊复位，把钢板弯卷成无直边的圆筒，图(e)。预弯板右端，图(d)；卷圆：右下辊复位，把钢板弯卷成无直边165特点这种卷板机操作简单，结构不复杂，在生产上得到较普遍的应用。特点这种卷板机操作简单，结构不复杂，在生产上得到较普遍的应用166⑶不对称式三辊卷板机主动辊（位置不动）压料下辊预弯旁辊⑶不对称式三辊卷板机主动辊（位压料下辊预弯旁辊167工作过程①放料，下辊上移压紧料坯。如图(a)②用旁辊预弯板右侧。图(b)。工作过程①放料，下辊上移压紧料坯。如图(a)168④用旁辊预弯板左边。⑤成形：旁辊下调到合适位置，旋转辊子，使钢板弯卷成形。③然后旁辊恢复原位置，移动板坯到另一端，如图(c)④用旁辊预弯板左边。⑤成形：旁辊下调到合适位置，旋转辊子，使169⑷对称式四辊卷圆机工作过程

①放料、找正、压紧。

主动辊辅助辊下辊找正压紧⑷对称式四辊卷圆机辅助辊下辊找正压紧170②右边预弯

升起右侧辊对板边预弯。③筒体预成型 右侧辊调节到合理位置（左侧辊在原位置），然后回转辊子使筒体预成型；升起右侧辊调节到合 理位置②右边预弯升起右侧辊调节到合171④左边弯曲：成型到另一端时，上升左侧辊，弯曲板端直边；⑤成型：然后连续弯卷，直到卷成需要的筒节为止。弯曲直边④左边弯曲：成型到另一端时，上升左侧辊，弯⑤成型：然后连续弯172特点：一次安装可以卷成一个圆筒，不留直边，故加工性能较先进。但其结构复杂，加工要求严格，造价高。特点：一次安装可以卷成一个圆筒，不留直边，故加173（5）立式卷板机扎辊1为主动轮，2是侧支柱，3为压紧轮。弯卷时，钢板放入辊1和柱2之间，压紧轮3靠液压力始终将钢板紧压在辊1上，两侧支柱2朝辊1方向推进将钢板局部压弯。然后支柱2退回原位，驱动辊1使钢板移动一定距离，两侧支柱2再向前将钢板压弯。（5）立式卷板机扎辊1为主动轮，2是侧支柱，3为压紧轮。3174特点：间歇地、分级地将钢板压弯成筒节，压弯力强，钢板一次通过弯曲成形；2.热卷厚板时，氧化皮不会落在辊筒与钢板之间，可以避免表面产生压坑等缺陷；3.卷大直径薄壁筒节时，不会因钢板的刚度不足而下塌；4.弯卷时，钢板与地面摩擦，薄壁大直径筒节有拉成上下圆弧不一致的可能。特点：1757.1.3筒节卷圆常见的外形缺陷①过弯由于下压量过大。防止方法应及时用样板检查弯曲度。7.1.3筒节卷圆常见的外形缺陷①过弯由于下压量过大。防止方176②锥形由于两端的下压量不同，致使上、下辊轴线互不平行而产生。②锥形由于两端的下压量不同，致使上、下辊轴线互不平行而产生177③鼓形由于辊轴的刚性不足（相当于中部下压量不足）所致。④棱角预弯不足或过量③鼓形由于辊轴的刚性不足（相当于中部下压量不足）所致。预弯1787.2封头的成形内压凸形封头种类封头种类凸形封头平板形封头锥形封头半球形封头椭圆形封头碟形封头球冠形封头带折边的锥形封头不带折边的锥形封头7.2封头的成形内压凸形封头种类封头种类凸形封头平板形封头179第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件180第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件181半球形封头(HH)半球形封头是由半个球壳构成。直径较小、器壁较薄的半球形封头可整体热压成形。大直径的则先分瓣冲压，再焊接组合。焊缝钢板半球形封头(HH)半球形封头是由半个球壳构成。焊缝钢板182椭圆形封头(EH)组成：半个椭球面和短圆筒（直边），高度ho直边的作用：①保证封头的制造质量；②避免焊缝处附加边缘应力。椭球部分直边标准椭圆形封头：长轴半径a和短轴半径b之比a/b=2曲面深度hi=Di/4hih0δDN椭圆形封头(EH)组成：半个椭球面和短圆筒（直边），高度ho1833蝶形封头(DH)结构：半径为Rc的球面体、半径为r的过渡圆弧（即折边）高度为h0的短圆筒（即直边）Rch0hrDi折边直边球体部分3蝶形封头(DH)结构：半径为Rc的球面体、Rch0hrD1844锥形封头轴对称锥壳无折边锥壳带折边锥壳：有过渡圆弧（折边）和直边不带折边锥形封头局部加强的不带折边锥形封头带折边锥形封头

不带折边锥形封头与筒体连接处存在较大边界应力，尽管连接处附近的边缘应力数值很高，但却具有局部性和自限性，所以这里发生小量的塑性变形是允许的。降低边界应力的方法：1）局部加强；2）加折边和直边4锥形封头轴对称锥壳无折边锥壳带折边锥壳：有过渡圆弧（折边185锥形封头带折边锥形封头锥形封头带折边锥形封头186锥形封头广泛应用于许多化工设备的底盖，它的优点是便于收集与卸出这些设备中的固体物料。此外，一些塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来。锥形封头的用途底封头连接两节不同直径的圆筒或管子锥形封头广泛应用于许多化工设备的底盖，它的优点是便于187封头的基本加工方法冲压成形(整体，分片)旋压成形——椭圆，球形，大尺寸。滚压成形——锥形爆炸法——摸索阶段，安全问题。封头的基本加工方法冲压成形(整体，分片)旋压成形——椭圆，球188冷冲：�径向拉应力小(厚度小，塑性好，硬化不明显)；如20R、16MnR一般δ≤5；�设备能力许可；�18－8钢尽量冷冲（薄板），厚板只能热冲；�铝材用冷冲。7.2.1冲压封头的工艺问题①冷冲和热冲冷冲：�径向拉应力小(厚度小，塑性好，硬化不明显)；�1189●依据δ／D0，选择冷冲或热冲◆圆角处有很大的接触应力，产生严重摩擦和磨损。◆润滑方法：冷冲用油或脂；◆热冲用石墨粉或二硫化钼＋机油调配。②润滑●依据δ／D0，选择冷冲或热冲◆圆角处有很大的接触应力，产190

≤1100 ≤1050≤960

≤1150

≥750 ≥850≥900≥950880～910 870～900 890～920

③热冲加热过程▲加热温度：若高，降低冲压力和有利于钢板变形；温度过高,会使钢材的晶粒显著长大,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。 ≤1100 ≥750880～910 ③热冲加热过程191▲加热时间：越长，氧化也越严重。因此,在保证钢板加热时温度分布均匀和不产生过大热应力的情况下,原则上应缩短钢板的加热时间。但对导热性差的合金钢，可增加加热时间，使温度分布均匀。▲加热时间：越长，氧化也越严重。因此,在保证钢板加热时温度192

▲成形后的热处理要求： 冷冲时，周边金属有较严重的冷硬现象，要求高时，成形后热处理。 热冲时，可能产生不利组织：粗晶、淬火等，成形后热处理。 ▲成形后的热处理要求：1937.2.2冲压封头过程7.2.2.1冲压机结构。液压缸

滑动横梁 上模 压料圈 料板 下模 立柱 导柱 下模座 机座7.2.2冲压封液压缸1947.2.2冲压过程

①装料

将封头毛坯对中放在下模上； ②压边圈压紧坯料

开动水压机，液压缸推动上模、压边圈向下移动； 压边圈首先与毛坯接触并压紧坯料。毛坯 下模 上模 压边圈7.2.2冲压过程毛坯195③弯曲、胀形

当凸模下降与料坯接触时，下模弯角处料坯开始弯曲，凸模底部少量料坯承受全部变形力，并开始产生胀形。④胀形、拉伸

随着胀形变形区的扩大，冲压力增大，同时部分料坯开始流动，产生料拉伸变形。③弯曲、胀形 当凸模下降与料坯接触④胀形、拉伸 随着胀形变形196打料杆 脱模

⑤成型

毛坯完全通过下模后，封头成型； ⑥脱模

上模上移，打料杆将包在上模上的封头脱下。 上述冲压过程称为一次成形冲压过程。 以上过程可知，封头冲压属于拉延过程。打料杆 ⑤成型封头冲压属于拉延过程。1977.2.3冲压过程的应力和变形

分析在冲压过程中，典型位置应力状态和变形各有其特点：

边缘

部分A下模圆角部分B间隙 处C底部D7.2.3冲压过程的应力和变形下模圆角间隙底部D198Aσt7.2.3.1典型位置应力变形特点①边缘A部分

a上模压力P使微元在径向受拉伸应力σr，直接产生两个效果：①微元产生经向拉伸应变，坯料径向弧长拉长；②微元整体向中心流动，使坯料外圆周长减小。

b随着坯料直径减小，边缘金属沿切向收缩，产生切（周）向压缩应力σt；

c压边圈在板厚方向施加压应力σn。σnσrAσt7.2.3.1典型位置应力变形特点σnσr199注意切向压缩应力——会使毛坯边缘增厚，也有可能使毛坯边缘丧失稳定而产生折皱；为了避免产生折皱，常用压边圈将边缘压紧；故：毛坯边缘材料常常处于三向应力状态注意切向压缩应力——会使毛坯边缘增厚，也有可能使毛坯边缘丧失200②下模圆角B处应力变形特点 取微元

a上模压力P使微元受径向拉伸应力σr，微元本身径向拉长；微元整体向中心流动。

b微元整体向中心流动过程中，周向相邻微元间产生切向压缩应力σt；

c受下模圆角作用，还有弯曲应力；Bσrσt②下模圆角B处应力变形特点Bσrσt201③间隙C处应力变形特点 取微元a微元整体向中心流动，仍受经向拉伸应力σr；向中心流动过程中该处周长减小，存在切向压缩应力σt；

b板厚方向已不受力，处于自由状态，但有切向压缩应力，薄壁封头在此处容易失稳起皱。Cσrσt③间隙C处应力变形特点a微元整体向中心流动，仍受经向拉伸应202④底部D处有较小的伸长变形（胀形），厚度略有减薄。故经向和切向都受到较小拉应力；注意：该处曲率半径越小，拉应力相应越大，拉薄程度大。如球形封头该处减薄量大于标准椭圆封头。D④底部D处有较小的伸长变形（胀形），厚度略有减薄。故经向和2037.2.3.2应力定性分析计算①最大径向拉应力定性分析要解决两个问题：一是成型过程何时拉应力最大（需最大冲压力）；二是影响最大径向拉应力的因素。7.2.3.2应力定性分析计算①最大径向拉应力定性分析要解204

实践证明，坯料下表面完全包住下模圆角时；此时径向拉应力达到最大值。a成型过程何时拉应力最大（需最大冲压力）

料坯圆周 刚开始向中

心流动。

此时，坯料上表面完全包住上模柱面以下的区域。 实践证明，a成型过程何时拉应力最大（需最大冲压力） 心流205b影响最大径向拉应力的因素。毛坯直径、封头直径；金属的变形抗力、硬化程度；摩擦力；弯曲力等因素有关。b影响最大径向拉应力的因素。毛坯直径、封头直径；金属的变206②热冲压时径向拉应力的计算公式及分析②热冲压时径向拉应力的计算公式及分析207

③切向应力定性分析计算

冲压封头时，在边缘区域将产生很大的切向压缩应力，其坯料各位置切向应力计算公式如下：毛坯

外径 计算X处的 毛坯直径结论：最大切向压应力在坯料的最外缘。 最大切向压应力大小＝σs。 ③切向应力定性分析计算毛坯 外径2087.2.3.3影响折皱产生的封头几何因素①相对厚度δ/Dmδ/Dm越小，坯料边缘的稳定性越差；在压应力作用下，容易丧失稳定而起皱。（相当于压杆稳定）②毛坯位置

毛坯边缘切向应力大，容易丧失稳定而起皱的可能性就大。7.2.3.3影响折皱产生的封头几何因素①相对厚度δ/Dm209③折皱的产生还与下列因素有关：◆毛坯加热温度的均匀性；◆封头是否有焊缝；◆模具间隙大小和均匀性；◆下模圆角大小；圆角大，自由变形区增大，容易失稳；

◆润滑情况，润滑好，有利于金属均匀流动，可避免由于受力不均、变形不均而产生的折皱和鼓包。③折皱的产生还与下列因素有关：◆毛坯加热温度的均匀性；◆2107.2.4.4压边条件⑴采用压边圈可以防止折皱的产生，理由如下有下列两点：①它使毛坯法兰只能在压边圈与下模间滑动，相当增加了稳定性；②压边圈产生的摩擦力，有利于经向拉应力均匀，防止封头鼓包的产生。7.2.4.4压边条件⑴采用压边圈可以防止折皱的产生，理由如211⑵采用压边圈的条件主要决定于D0、Dn与δ的关系，也与各制造厂的生产工艺和经验有关。折皱准数:(D0－Dn)/δ由折皱准数确定的压边的条件如下：⑵采用压边圈的条件主要决定于D0、Dn与δ的关系，也与各制212b球形封头热冲压采用压边圈的条件D0－Dn≥(14～15)δC平顶封头热冲压采用压边圈的条件D0－Dn≥(21～22)δa

热冲压标准椭圆形封头的条件：（D0－Dn）／δ≥18～20当D0＝400～1200mm时：（D0－Dn）／δ≥20当D0＝1400～1900mm时：（D0－Dn）／δ≥19当D0＝2000～4000mm时：（D0－Dn）／δ≥18b球形封头热冲压采用压边圈的条件D0－Dn≥(14～15)213⑶压边圈压力分析压边力过大，增大了摩擦力，即增大了拉应力，会使封头拉薄，甚至拉裂；压边力过小，则不能防止折皱的产生。

根据分析和试验，不产生折皱的最适宜的压边力应是一个变值（应随冲压过程的进行而逐渐加大）。它应故要求设计一个特殊液压或气动装置，使压力能按要求作相应的变化。⑶压边圈压力分析压边力过大，增大了摩擦力，即增大了拉应力，会214由于其他压边圈结构复杂，目前生产中大多采用固定压边力的压边圈。在这种情况下，压边力选取原则是：取——保证不起折皱的最低压力值。由于其他压边圈结构复杂，目前生产中大多采用固定压边力的压边圈215①最大冲压力理论计算公式P＝σrπDmδπDmδ——表示以Dm为直径的圆环断面面积7.2.4设备与模具①最大冲压力理论计算公式P＝σrπDmδπDmδ——表示以216目前常用的经验公式

P＝CKπ(D0－Dm)δσtb压边力影响系数：无压边C＝1，有压边C＝1.2；封头形状影响系数：椭圆形封头K＝1.25～1.35；球形封头K＝1.4～1.6。目前常用的经验公式压边力影响系数：封头形状影响系数：217a上模：材料用优质铸铁。上模直径Dsm计算冷冲：Dsm＝Dn(1－φ)φ——材料回弹率；热冲：Dsm＝Dn(1＋Ψ)材料收缩率Ψ＝α·△t·100％；（一般取经验值）△t——冲压结束温度与室温之差上模上部直径：D’sm＝Dsm＋（2～3）mm②模具a上模：材料用优质铸铁。上模直径Dsm计算冷冲：Dsm＝218冷冲上模曲面部分高度:Hsm＝hg(1－φ)hg——封头内曲面部分高度热冲上模曲面部分高度Hsm=hg(1＋Ψ)上模高度=Hsm上模曲面部分高度+H0上模直边高度两部分组成冷冲上模曲面部分高度:Hsm＝hg(1－φ)hg——封头内219上模直边高度Ho（有锥度）封头直边高度

Ho=h+H1+H2+H3封头高度修边余 量15～40mm

mm卸料板厚度40～80mm险余量40～100上模直边高度Ho（有锥度）封头直 Ho=h+H1+H2+H3220上模壁