封头成形工艺

7.2封头的成形7.2.1封头的冲压成形(一)封头冲压工艺简述检查材料检验划线气割坡口加工（组对焊接）加热冲压封头余量切割常用的成形方法：冲压成形、旋压成形、爆炸成形7.2封头的成形划线e≤1/4Dgd<1/2Dg

h>3s且≥100mm7.2封头的成形划线当封头由两块或由左右对称的三块钢板拼焊而成时，对称焊缝至封头中心的距离应小于Dg/4；当封头由瓣片和顶圆拼焊而成时，焊缝方向只允许是径向和环向的，径向焊缝之间的最小距离应大于3s且不小于100mm，中心顶圆板直径应小于Dg/2。7.2封头的成形加热封头冲压加热一般是快速加热，即把炉温升到1050℃左右装料，达始锻温度以后，保温一段时间（长短和材料有关）一般是1-1.5min/mm,碳钢取下限，普低钢取上限，见表7—7。冲压过程简述封头的冲压过程1.活动横梁2.压边圈3.上模（冲头）4.毛坯5.下模（冲环）6.脱模装置2.6.2整体冲压成形原理冲压过程：定位压边冲压冲压冲压冲压冲压脱模脱模压边圈下模挡块冲压过程简述冲压时，为了降低坯料与模具之间的摩擦力，大都在下模的表面涂以润滑剂。据经验碳钢：40%石墨+60%机油；不锈钢55%石墨+45%机油。冲压过程简述（二）封头冲压时的应力和变形应力状态和变形1.（二）封头冲压时的应力和变形A处：平法兰部分（二）封头冲压时的应力和变形B处：下模圆角处

（二）封头冲压时的应力和变形C处：冲头与下模间的空隙处

（二）封头冲压时的应力和变形D处：封头底部

（二）封头冲压时的应力和变形冲压时，冲头将坯料中心部分压入下模，中心点o附近的坯料处于两向拉伸应力状态，切向拉应力随着距o点距离的增加而减小，到某一直径为零，然后变成压力。（二）封头冲压时的应力和变形由于坯料的连续性，中心部位的拉伸位移将冲头的作用力传至坯料的平法兰部分，使其产生足以发生拉伸变形的径向力σr，平法兰在σr的作用下向中心移动，逐渐进入冲头和下模的间隙，成为椭圆面和直边。由于圆环面在向中心移动时圆周方向的尺寸逐渐减小，这时相邻部分的金属互相作用产生环向压缩力σt。（二）封头冲压时的应力和变形在冲压的过程中，坯料的径向拉伸是至始直终的；而环向的变形则随到中心的距离而变化，使得坯料厚度发生变化。究竟是减薄还是增厚，取决于σr和σt的比例关系。

（二）封头冲压时的应力和变形2.径向应力分析当坯料完全报裹下模圆角时，σr达最大值。

（二）封头冲压时的应力和变形3.切向压缩应力的影响及折皱的产生平法兰部分产生的切向压缩力σt的理论计算式为：

最大环向应力在坯料的最外缘。压缩量(坯料外缘)。封头越深，毛坯直径越大，压缩量就越大。此压缩量可能向三个方向流动:增加边缘厚度；拉伸时向中心流动，以补充径向拉薄；向外自由伸长。3.切向压缩应力的影响及折皱的产生1.影响折皱产生的主要因素是D0/δ和切向应力σt的大小。D0/δ值越小，坯料的刚度越好，坯料边缘的稳定性越好，不易起皱。

2.在D0/δ一定的条件下，（D0-Dm）值越大（封头越深），越容易起皱。3.折皱的产生还和坯料的加热温度高低及均匀性有关。4.坯料是否有焊缝，焊高是否合适及对口错变量是否合要求。

5.冲头与下模的间隙大小及均匀性。6.下模圆角大小和润滑情况有关。

3.切向压缩应力的影响及折皱的产生封头产生折皱的危害：1.很难通过上下模之间的间隙，因而容易使坯料产生过大的拉应力而被拉断。2.有时即使有皱折的坯料拉过了下模，影响封头的质量。行之有效的方法是采用压边法。

4.压边力

碳钢和普通低合金钢当D0-Dm≤20δ或Dm≤90δ（标准椭圆形封头）时，可以不压边，否则必须压边。不产生折皱的最佳压边力是一个变值

压边力的计算公式见187页7-27到7-30。5.冲压力的计算冲头的总压力按下式计算一般C=1.6-2.0，有压边无润滑时取上限。5.冲压力的计算对于碳钢

δ≤18mm，取700℃的σb作计算依据；20≤δ≤25时，取750℃的σb作计算依据；δ≥26mm时，取800℃的σb作计算依据。对于不锈钢取850℃的σb作计算依据。（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压1.薄壁封头的冲压一般是指D0-Dm≥45δ的封头20δ<D0-Dm<45δ时，可以用压边法冲压，质量有保证。

D0-Dm≤20δ（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压(1)两次或三次成型冲压（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压(1)两次或三次成型冲压坯料失稳最危险的时刻是Dc增大到恰好等于坯料上切应力σt等于零的直径时。（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压(2)有间隙压边法这种压边力变化规律与最佳压边力的变化规律非常接近

间隙的大小要适当，间隙推荐值见表7-11。（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压(3)带坎（筋）拉伸、反拉伸成形法（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压(3)带坎（筋）拉伸、反拉伸成形法在不增加压边力的前提下，增大径向拉应力，刚度增加，变性抗力增加；使封头和板料的接触半径增大，减小危险段的宽度和环向压力值拉伸比D0/Dm越大，越容易起皱

（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压(4)夹板成形法只用于钛等贵金属（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压2.厚壁封头的冲压D0-Dm<6δ的叫厚壁封头

变形后边缘变得特别厚，通过下模圆角时的阻力特别大

（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压2.厚壁封头的冲压（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压2.厚壁封头的冲压（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压2.厚壁封头的冲压分瓣冲压

坯料直径大于冲压机开挡；冲压力超过冲压机吨位；封头直径大，壁薄，整体冲压容易起皱。（三）薄壁封头和厚壁封头的冲压3.双金属板（复合板）封头的冲压

对于这类钢板冲压时应注意的事项有以下几点：加热时，两层金属的热胀系数不同；高温下两种金属的变形抗力不同，所以流动特点不同；高温下金属的活动能量增加，两种金属会互相渗透；高温性质不同。(四)封头冲压模具δ：当压机吨位≤400吨时δ=30-40mm当压机吨位≥1500吨时δ=70-80mma.上模（冲头）结构及主要设计参数DsmD`smHoHsm(四)封头冲压模具b.下模（冲环）结构及主要设计参数上下模具的间隙:a下模内径

：(四)封头冲压模具b.下模（冲环）结构及主要设计参数下模圆角半径：r

根据经验：当采用压边圈时，r=（2-3）δ；当不采用压边圈时，r=（4-6）δr1=80-150mm；r2=(3-4)δ；α=30º-40º(四)封头冲压模具b.下模（冲环）结构及主要设计参数下模直边高度：h1=(40-70)mm

下模总高度：h=(100-250)mm下模外径:D1=Dxm+(200-400)DD0；H；D2Dxm(四)封头冲压模具c.压边圈结构及其设计参数内径：外径：厚度：

思考题简述封头冲压过程中坯料各点的受力情况。分析封头冲压时径向应力的作用和影响。分析封头冲压时切向应力的作用和影响。简述薄壁封头和厚壁封头的冲压工艺。7.2.2封头的旋压成形（1）旋压成形的特点使毛坯旋转的同时，用简单的工具使毛坯逐渐变形，成为所需零件形状。工具简单，省工时；

金属的变形速度小，无减薄和增厚现象，无折皱；属于冷加工无氧化和烧损现象；占地少，重量轻。

7.2.2封头的旋压成形不足之处：1.属于冷加工，对于有些钢材需要焊后热处理，以消除冷加工硬化的影响。生产率低。7.2.2封头的旋压成形（2）旋压成型的方法a.单机旋压法：将压鼓与翻边在一台旋压机上一次完成

。最常用的有联机法和单机法两种b.联机旋压法将封头成型过程分为压鼓与翻边两个独立过程。

7.2.2封头的旋压成形a.单机旋压之

有模旋压法7.2.2封头的旋压成形a.单机旋压之无模旋压法7.2.2封头的旋压成形a.单机旋压之冲旋联合法7.2.2封头的旋压成形b.联机旋压目前国内外冷成形大中型容器封头，最经济合理的方法，就是两步法(压鼓—翻边法)成型。所谓“两步法”是指封头的拱顶部分(相应于封头母线上的大弧段)与其侧边(相应于封头母线上的小弧段与直边段)的形成，分别在压鼓机与旋压翻边机两台设备上完成。1.油压缸2.上胎3.导辊4.导辊架5.丝杆6.手轮

7.导辊8.驱动辊9.电机10.减速箱11.压力杆12.毛坯1.上转筒2.下转筒3.主轴4.底座5.内旋辊6.内辊水平轴7.内辊垂直轴8.加热炉9.外旋辊10.外辊水平轴11.外辊垂直轴7.2.3封头的爆炸成形郑哲敏

爆炸力学、应用力学和振动专家。原籍浙江鄞县，生于山东济南。1947年获清华大学学士学位。1949年、1952年分别获美国加州理工学院硕士、博士学位。中国科学院力学研究所研究员。早期从事弹性力学、水弹性力学、振动及地震工程力学研究。1960年开始爆炸力学研究、地下核爆炸和穿破甲等方面的应用以及金属板爆炸复合与应用。提出了惯性模，开展了模具强度、自由成形、爆炸成形材料的动态力学性能、爆炸载荷等方面的理论和实验研究工作，取得了重要成果。同时解决了成形参数与工艺问题，开辟了力学与工艺相结合的“工艺力学”的新方向，为爆炸成形工艺在我国的建立和推广应用做出了贡献。

1980年当选中国科学院院士。

7.2.3封头的爆炸成形它是利用炸药爆炸时释放的巨大能量，使瞬时

产生的巨大爆炸力通过介质（水或砂子）传到钢上，使钢板高速通过下模。钢板因高速变形产生的摩擦热而升到高温，处于一种超塑流体状态，在模具或环境的作用下发生弯曲变形和塑性流动而成型。（10-6s）7.2.3封头的爆炸成形

为什么爆炸成形法能使钢板在炸药爆炸的瞬时，承受巨大的压力，并在没有冲头的情况下通过下模成形，而且一般不产生折皱和鼓包？1.变形速度快2.各方向压力均匀7.2.3封头的爆炸成形模具尺寸按（7-52）确定。炸药性能及用量用量和毛坯的尺寸相关，可通过p198页方法确定。药包的形状及放置高度椭圆形封头常用锥形炸药包，因为其顶部产生的冲击波较弱，而锥面产生的冲击波较强。水封的高度水不仅可压缩性小本身消耗的变形能少，而且各向同性，向个方向传递压力均匀，传压效果好，而且取用方便。通常为炸药包吊高的2.4-2.8倍。附录资料：不需要的可以自行删除日常设备点检与润滑点检的定义：为了维持生产设备原有的机能、确保设备和生产的顺利进行，满足客户的要求，按照设备的特性，通过人的“五感”和简单的工具、仪器，对设备的规定部位（点），按照预先设定的技术标准和观察周期，对该点进行精心的、逐点的周密检查，查找有无异状的隐患和劣化，使设备的隐患和劣化能够得到“早期发现、早期预防、早期修复的效果；2.点检与传统设备检查的区别（1）点检管理的特点设备点检，完全改变了设备检查的业务机构，改变了设备传统性检查的业务层次和业务流程，创造了基础管理的新形势，点检管理与传统的设备检查形式的不同之处做如下所述：1）体现了设备管理思想的更新，现代化的技术装备担负着社会大生产的重要使命，生产的产量、质量和经济效益将完全借助与生产设备来实现，往往一个小的故障，将会导致自动化设备的全线停产，其损失之大不可估计；因此，实行设备点检的主要目的，其实就是实现针对性维修；2）达到以管为主，全员参加管理的目的。3）实现了维修的最佳化目标；（通过点检，将设备故障消灭在萌芽状态）4）成为了标准化的设备基础管理作业方法；（2）传统设备检查的几种形式1）事后检查；设备在发生突发性故障以后，为恢复其故障部位的工作性能，以决定合理的修复方案和确定具体的内容进行的对应性检查；2）巡回检查；按照预先设定的检查部位和主要内容实行粗劣的巡视工作；3）计划检查；根据预先设定的周期和检查项目对设备进行检查或对部件进行解体检查；4）特殊性检查；零部件的品质、精度等5）法定检查；压力容器、起重设备等（3）点检与传统设备检查的区别；设备点检完全区别于传统的设备检查，他使隐患和异常都能在故障发生前得到前当得处理，做到既经济，又正确，因此，设备点检，其实就是预防性的主动的设备检查；另外“点检”是一种管理制度，而传统的设备检查仅是一种进行检查的方法。（4）如何点检？按照全员设备管理的要求，操作人员必须参与设备的维修活动，其活动范围及内容，与管辖本区域设备的点检员以协议的形式确定。因此，生产方在进行生产操作、检查的的同时，要进行设备的状态检查。日常点检内容：利用“五感”点检：依靠人的五官，对运转中的设备进行良否。通常对温度、压力、流量、振动、异音、动作状态、松动、龟裂、异常及电器线路的损坏、熔丝熔断、异味、泄漏、腐蚀等内容的点检。边检查边清扫：清除在生产运行过程中产生的废料（液），防止被掩埋了的设备性能劣化或损坏，此项工作应在生产巡检时及时进行，按程序及时处理劣化的设备，防止故障的扩大。做好紧固与调整：在五官点检过程中，如已发现松动和变化时，在确认可以实施恢复和力所能及的前提下，应该给予紧固和调整，并记录在案，及时的报告和传递信息。日常点检的方法和技巧点检表的确认：按设定的日常点检表逐项检查，逐项确认；点检结果的处理：点检结果，按照固定的符号记入日常点检表内，在交接班时交代清楚并向上级汇报，对发现的异常情况处理完毕，则要把处理过程、结果立即记入作业日志内；对正在观察、未处理结束的项目，必须连续记入符号，不能在未说明情况下自行取消记号，每班的点检结果，生产班组长、工段长都要认真确认、签字；不同要求的三种点检：根据不同岗位，不同要求，一般每个作业班，都要进行三种点检：静态点检：停机点检，要求要做到逐项逐点进行；动态点检：不停机点检，要求要做到逐项逐点进行；重点点检：随机进行，重点部位认真检查；2）良否点检在使用“五官点检法”，需要判别检查点良否的知识如下：振动：人体对振动的感觉极限，一般在适当的转速下，振幅在5微米时，就不容易感觉到。当一台19～90千瓦、3000r/min交流电机，安装在牢固的基础上，其单振幅允许在50微米以下。用手判别振动良否，可以用一只铅笔，笔尖放在振动体上，如果垂直放置的铅笔，发生激烈的上下跳动，而且向前移动时，就有超值的可能，需要用专用的“振动仪”测定振动值。温度：使用温度计在设备点检过程中，往往采用手指触摸发热体来判别温升值是否属于正常，用手指触摸判别温度的技巧是：用食指和中指放在被测的物体上，根据手指按放以后，人能忍受时间的长短，来大致判断物体的温度：具体参数如下，具体运用过程要考虑到人的皮肤质感，季节的不同：设备温度(摄氏度）触摸忍受时间（秒）设备温度(摄氏度）触摸忍受时间（秒）5060以上70253约30751.55510～12801605850.5653松动知识：用目视观看螺栓是否松动，一般在紧固螺杆上总沾有油灰，在存在松动螺栓上的油灰、形态有别于松动的螺栓，往往会出现新色、脱落的痕迹；用手锤敲击被检查的螺栓，若敲击声出现低沉沙哑的情况，同时观察螺栓周围所积油灰出现崩落的现象，基本上能判断出是否存在松动现象，对存在怀疑的螺栓用扳手紧固确认；最好在紧固螺栓时，用有色笔在螺栓和固定座之间划一道直线，再次点检时，若发现直线对不准，说明螺栓已经松动；声音知识：对传动设备是否存在缺油、断油、精度损失，可以用侧听声音的办法来判别其状态，常用的是“听音棒”，判断的正确取决于各人的经验。轴承：轴承的正常转动声音是均匀、圆滑的转动声，若出现周期性的金属碰撞声，则预示着轴承的滚道、保持架有异常，当出现高频声，则往往是少油、缺油现象，结合温升进行综合判断。对电动机的磁声判别：正常的磁声是连续的、轻微的、均匀的沙沙响声，有异物进入定转子的间隙或偏心时，这种连续声被破坏，不在出现；听声时，一定要集中思想，脑子要专心捕捉特定频率的声音，这样当其它频率的声音进入耳中时才会被滤掉。味觉知识：通常不太常用“尝”，因要进入口中需要特别谨慎，除非在特殊的场合，如电化学，急需鉴别酸性、碱性时，在确保对身体无害时，方可实施。引起设备故障原因分析1）造成设备性能劣化的原因；a:使用原因：设备的负荷运行造成劣化，但运行条件、操作方法的不同造成劣化程度不同；b：自然原因：潮湿生锈，天长日久的自然磨损、变形，时效老化等；C：灾害原因：天灾、狂风暴雨、地震等等；上述的原因引起设备的结果就出现了由于磨损、腐蚀等的减损，由于冲击、疲劳等的破坏，由于原料黏附灰尘引起的污损等现象，直至设备原有性能不能充分发挥，这就叫做设备性能劣化；2）机能劣化：a:转动和滑动部分出现机能劣化：磨损：由于运动摩擦引起接触面的磨损；如齿轮、轴承、轴套等；损坏：由于磨损或受力作用（弯曲、剪切）而断裂等；旋转不好：转动不灵活、滑动面粗糙等造成运动不灵活；操作不良：操作不正确或不按操作规程操作设备，或误操作而造成故障；异声：由于润滑不良或异物落入造成转动部位发生异声；振动：转动或滑动部位各种异常振动；漏油：润滑部位出现泄漏；b:固定部分机能劣化现象和原因：松弛脱落：连接部位螺钉出现松弛和脱落；变形断开：结构或构件变形或切断、折损等现象；腐蚀、龟裂、受腐部位或构件龟裂；c:电器部分劣化现象和原因：电器烧损、绝缘不良等；线路接点的短路或断路；电器整流不良；电参数的漂移；设备出现劣化，原因较多，除了上述的原因，还可能有工艺熔损、机件或其它部分出现剥落或破断造成设备故障；（3）上述原因从设备本体质量、维修质量、点检质量和操作保养等方面来分析，这些原因又可归纳为以下四个方面：1）设备本身原因：设备本体素质不高，设计不合理，机件强度不够，形状结构不良，使用材料不当，零部件性能低下，集体刚性欠佳造成断裂、疲劳和蠕变等现象。2）日常维护的原因：点检、维护质量不高，污垢异物混入机内，设备润滑不良。紧固不良、绝缘接触不良，造成机件性能低下，机件配合松动，短路、得不到及时改善和调整等现象。3）修理质量的原因：维修质量低劣，修后设备安装不好，零配件配合不良，装配粗糙，组装精度不高，选择配合不合要求，造成偏心，中心失常、振动、平衡不佳等现象；4）操作及其它原因：操作水平低、操作保养质量差，超负荷运转，工艺调整不良，误操作，拼设备、不清扫、温湿控制差，欠保养，风沙、浸水、地震，造成设备运转失常等现象。设备润滑常识一、使用润滑油过程中油品变黑是否正常?答：油品发黑原因有三：

(一)润滑油变质，(二)零件磨损，(三)杂质进入油箱，如果使用过程中无杂质进入油箱，则可以认为润滑油本身质量有问题，应更换油的品牌，润滑油使用一段时间后颜色略有加深属正常，但不应变得很黑。二、旧设备可以用差一些的油?

答：一般情况下，设备的磨损件是经过表面处理的，因此零件表面硬度较高，不易磨损，但零件内部较软，旧设备有的零件表面已有磨损，因此用较差润滑油更会加速零件的磨损。我们建议不要用较低级的或较差的润滑油。三、为什么其他油品不能代替齿轮油?

答：我们发现个别用户有用抗磨液压油、导轨油、汽轮机油（透平油）或普通机械油代替齿轮油的现象。这都是不正确的，因为整个机器的动力都是通过齿轮变速传动的，齿轮齿面上的啮合线承受了巨大的负荷，要求润滑油有极压性，而其他油品不含极压添加剂，起不到保护齿面的作用，因此会导致齿面产生点蚀、断裂等现象。四、只要粘度相同，不同类型齿轮油可以相互替代?

答：不可以！同是齿轮油级别有高低，重负荷齿轮油可以替代轻负荷齿轮油，相反则不可以，目前国产普通齿轮油多属中负荷或以下齿轮油，不适合高速高负荷设备使用。五、油品发白是怎祥造成的?

答：一般情况下油品发白是由于油箱进水后造成的，是一乳化现象，应避免水进入润滑油箱体或避免雨水进入已开封的油桶中，具体操作中，设备应检查油封是否损坏，换油时检查箱体内是否有水，油桶存放在避雨的地方。六、使用润滑油不重要，只要设备有油就行，市场上随便买一些就可以用?

答：绝对要重视润滑油的使用，润滑油好比人体的血液，不良的润滑油将损坏您昂贵的设备，不同的润滑油含有不同的添如剂以满足设备不同部位的需要，例：抗氧剂防止油品氧化，防绣剂防止设备生锈，抗磨剂防止设备磨损等。七、使用期满后更换下来的润滑油是否可以再用?

答：有的用户将换下的油经沉淀处理后重复使用，这是不妥当的，油品经使用后各项性能都会降低，使用换下的油品相当于使用不合格产品。八、换油期到时可否采用放去一部分润滑油再加入部分润滑油的方式?

答：应该尽量将油放尽，用过的润滑油和新的润滑油混合在一起等于降低了润滑油级别，将缩短润滑油的使用期。九、如何从外表判断润滑油的质量?

答：合格的润滑油一般为淡黄