一種厚壁雙曲率補強板的成型工藝研究與實踐

丁海明 湯剛

（山東核電設備制造有限公司，山東 海陽 265118）

1 概述

大型壓力容器的開孔補強常采用整體補強的方式，補強板的形狀應與殼體形狀一致，以保證容器強度可靠性；容器封頭的補強板一般具有厚壁、雙曲率等特點，成型困難。本文主要針對位于橢球形封頭上的整體補強結構的補強板成型工藝進行了研究與實踐。

補強板的成型方法主要有整體模壓成型、點壓壓制成型；整體模壓的方法主要適用于大批量、中薄壁、熱壓成型的補強板；對于小批量、厚壁、冷成型要求的補強板一般采用點壓成型工藝。點壓成型不僅具有模具簡單、操作方便等優點[3]，還能大大降低對設備（壓機）的要求、降低成本、提高效率。本文將介紹一種點壓成型壓制補強板的成型工藝。

2 模具設計

模具包括上模和下模，模具尺寸需要根據補強板大小、強度等因素而定；對于雙曲率補強板，模具不易超過補強板長度太多；模具表面應光滑過渡，并打磨棱角，避免表面顆粒或棱角破壞補強板表面。模具設計過程中，需要考慮其與設備（壓機）的聯接，聯接要簡單、操作方便，上、下模具示意圖如圖1。

圖1 上、下模示意圖

隨后，將模具安裝到設備（壓機）上，并保證上下模具平行。

3 壓制過程描述

3.1 壓制前準備工作

補強板邊緣處理及清潔：為避免壓制過程中補強板表面受力不均造成邊緣拉裂現象，壓制前需要將補強板邊緣切割面打磨光滑，棱角磨鈍，去除火焰等切割時產生的溝痕；為防止表面熔渣或顆粒嵌入補強板，需要清潔上下表面，如圖2所示。

補強板標記：采用鋼針等工具在補強板上表面的橫向及縱向進行均分劃線，并在厚度截面用記號筆做出標記，便于壓制時查看和校準壓制方向，如圖2所示。在補強板內表面采用樣沖點標注0°、90°、180°和270°方向，便于在以后的加工或安裝過程中確定方向及補強板中心。

楔形鐵皮準備：將白鐵皮切成三角形，并按照圖3進行折彎，折彎完成后，鐵皮一側較厚，另一側較薄。

圖2 補強板壓制前標記圖

圖3 楔形鐵皮折彎示意圖

形狀測量樣板準備：根據補強板兩個主要方向曲率要求，采用精密設備制作相應的形狀測量樣板，并進行標定。

3.2 壓制小曲率方向

將補強板吊至下模，調整補強板小曲率方向與上下模垂直，啟動下模平臺，使上模盡量靠近補強板端部；從補強板一端開始壓制，以圖2劃線為基準，每隔一定間距壓制一次，直至壓制完成為止；為防止補強板內表面出現較大壓痕，應在補強板內表面與上模之間墊薄鐵皮；壓制時應邊壓制邊用樣板測量，直至補強板整體曲率合格，壓制過程中應時刻注意上下模與母線平行。如果小曲率壓制時出現壓制過深的情況可暫時不用處理，因為在壓制大曲率時小曲率方向會有所展開，待大曲率壓制完成后再進行矯形。

3.3 壓制大曲率方向

小曲率方向壓制完成后，將補強板旋轉90°，此時補強板與上下模之間將存在一定的間隙，壓制時將制作好的楔形鐵皮插入補強板與上下模具之間的間隙，由于鐵皮較易被壓縮，所以插入的鐵皮必須足夠厚，如圖4所示。

圖4 插入楔形鐵皮示意圖

壓制過程與小曲率方向壓制相同，每隔一定距離壓制一次，邊壓制邊用樣板測量，直至曲率合格。大曲率方向壓制完成后，用樣板檢查兩個主要方向上的曲率是否符合技術要求或規范要求[1][2]，如果某個方向或區域不符合要求，需要根據實際情況進行再次壓制或矯形處理。

3.4 壓制過程問題處理

在壓制過程中可能會出現壓制過深的情況，這種情況可以用反變形的方法進行處理。將壓制過深的部位至于平臺上部，在補強板上表面合適的位置放置兩塊方鐵，再加壓使其產生反變形；由于壓制時補強板受力復雜，反變形與正常壓制變形不是絕對的相反，這將導致反變形效果不是很理想，所以壓制過程中，一定要控制好設備（壓機）壓力，盡量避免反變形操作。

結語

通過點壓成型工藝實踐：為小批量、厚壁、雙曲率補強板制造提供了一種模具簡單、成本低廉、實用性強的工藝方法；壓制過程中尤其要注意上下模具與被壓制方向保持垂直，并加強壓力控制，盡量減少反變形操作。

[1]美國機械工程師學會（ASME）鍋爐及壓力容器規范2001版包括2002增補，第Ⅲ卷“核電廠部件，MC級部件”，第1冊NE分卷.

[2]GB 150-1998，鋼制壓力容器[S].

[3]吳濤.球形封頭冷壓成形制造方法[J].石油化工設備技術，2008（6）.