偏心圓錐殼制作新工藝

陜西綠源天然氣有限公司（西安 710043）江 超

偏心圓錐殼是化工設(shè)備中常用的一種結(jié)構(gòu)形式，廣泛用于各種類型的壓力容器。其作為壓力容器的主要受壓部件，對其產(chǎn)品質(zhì)量有較高的要求。對于此類構(gòu)件，一般采用模壓成形法。該方法對于不同尺寸的偏心圓錐殼，需配備不同模具，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，投資巨大；在成形過程中，需多次換模，每兩次壓模結(jié)合處容易形成棱角缺陷，成形后產(chǎn)品質(zhì)量較差。針對此種情況，我們在生產(chǎn)實(shí)踐中摸索總結(jié)出利用普通三輥卷板機(jī)制造該類構(gòu)件的工藝方法，取得了較好的成果。如圖1所示某容器的偏心錐殼，即為典型偏心圓錐殼結(jié)構(gòu)經(jīng)折邊形成。

本工藝以小口減速法卷制正圓錐殼為基礎(chǔ)，采用補(bǔ)料法新工藝進(jìn)行偏心圓錐殼制作。

圖1

1.正圓錐殼的小口減速法卷制成形原理

正圓錐殼工程制作常用方法有小口減速法、雙速四輥滾彎法、旋轉(zhuǎn)送料法和分區(qū)法等。生產(chǎn)實(shí)踐中，因小口減速法成形效率和質(zhì)量較其他幾種方法好，且對操作人員技術(shù)要求較低，故多數(shù)利用對稱式三輥卷板機(jī)用小口減速法對其進(jìn)行卷制。

小口減速法工作原理如下：用卷板機(jī)卷制時(shí)采取措施使坯料小口進(jìn)料減速，使大小端的進(jìn)料卷制線速度與工件大小端展開弧長匹配，即大小端同步即可卷制完成。

正圓錐殼采用小口減速法工作原理：眾所周知，正圓錐殼展開料是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)扇形，其小端展開是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓弧線，卷制工作中隨著坯料的進(jìn)送運(yùn)動，利用床頭部位對坯料小端自然形成的送進(jìn)阻力使工件圍繞床頭旋轉(zhuǎn)，使其小端與大端形成速度差，隨著卷板機(jī)的壓制、送進(jìn)達(dá)到成形目的。如圖2所示。

圖2

2.正、偏心圓錐殼采用小口減速法成形對比分析

圖3為正圓錐殼和偏心圓錐殼的主視圖和展開圖。

圖3

正圓錐殼卷制過程中為保證大小口端同步，床頭對坯料小口端必須施加均勻的阻力。從圖3正圓錐殼展開圖可知，正圓錐殼小端圓弧ABA'為標(biāo)準(zhǔn)圓弧。從圖2卷制示意圖看，卷制過程中隨著坯料送進(jìn)過程小口端能保證始終與床頭形成兩點(diǎn)接觸。接觸兩點(diǎn)和小口端標(biāo)準(zhǔn)圓弧此兩個(gè)條件的具備，使工件繞床頭旋轉(zhuǎn)時(shí)無論所處位置如何，始終有一固定軸心O點(diǎn)，此固定軸心點(diǎn)與展開圖小口端圓弧中心點(diǎn)必然重合，進(jìn)而促使小口端在整個(gè)卷制過程中，能確保始終與大口端形成送進(jìn)速度差。隨著壓制和送進(jìn)過程的進(jìn)行，最終完成正圓錐殼的卷制成形。

從圖3正圓錐殼和偏心圓錐殼展開圖對比可知，偏心圓錐殼展開小端圓弧ABA′為一變曲率弧線。其卷制前半段ACDB過程中，隨著坯料的送進(jìn)，小口端曲率越來越小，床頭與小口端將不可避免地脫離接觸，進(jìn)而失去小口減速功能；在卷制后半段DBA′C′過程中，隨著坯料的送進(jìn)，小口端曲率越來越大，受床頭的限制，小口減速過程逐漸加大，形成過度減速。從以上分析看出，采用此法將產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果，卷制前半程，未能形成小口減速，后半程，小口過度減速。不論如何，都不能成形。

通過以上對比分析，可得以下結(jié)論：正圓錐殼可直接采用小口減速法成形，偏心圓錐殼不能直接采用小口減速法成形。

3.新工藝措施原理

通過以上分析，假如能夠采用某種方法，在偏心圓錐殼卷制過程中，消除小口端前半程未減速和后半程過度減速，理論上則可以采用小口減速法卷制成形。

從卷制過程中分析，正圓錐殼之所以能采用小口減速法卷制成形，在于其小口端展開為標(biāo)準(zhǔn)圓弧，為一等曲率。卷制時(shí)隨著坯料的送進(jìn)小口端與床頭相互作用，形成小口均勻減速。

從圖3正圓錐殼的主視圖和展開圖與偏心圓錐殼的主視圖和展開圖作比較發(fā)現(xiàn)，正圓錐殼的OA等于OB線，小口端展開圖形成標(biāo)準(zhǔn)圓弧。從偏心圓錐殼主視圖中看OA與OB明顯不同，其所形成展開圖點(diǎn)O到ABA′弧上的距離是連續(xù)不斷變化的，同樣曲率也呈現(xiàn)連續(xù)變化。

針對以上分析，我們采用增加補(bǔ)料使其小端弧線上移，使其變曲率弧線成為正圓弧線，模擬正圓錐殼小口端形狀，從而卷制成形。

如圖4所示，圖4中陰影部分為新工藝用補(bǔ)料部分。

圖4 偏心圓錐殼展開圖

4.新工藝具體實(shí)施步驟

具體步驟如下：按偏心圓錐殼放展開樣如圖4所示ACDC'A'，然后以O(shè)點(diǎn)為圓心OA為半徑劃弧線AFA'。形成工藝補(bǔ)料AFA'BA部分。剪下含補(bǔ)料部分的樣板號料，再用剪去補(bǔ)料部分的樣板在已號好料的鋼板上劃小口實(shí)際線，劃線時(shí)外輪廓線要對齊，小口實(shí)際線打上樣沖，按補(bǔ)料輪廓線切割下料。利用小口減速法在對稱式三輥卷板機(jī)按正錐殼卷制。此時(shí)卷制成形大口為橢圓形。組對焊接后，對偏心錐殼進(jìn)行校正，使其為圓形，后將補(bǔ)料部分割除。偏心圓錐殼成形后，根據(jù)圖樣要求折邊或直接使用。

5.結(jié)語

從以上論述可知，該方法采用卷制成形，成形過程對工件連續(xù)施壓且自動進(jìn)給，消除了壓制過程移動胎具和工件的時(shí)間，降低了勞動強(qiáng)度；同時(shí)避免了工件移位時(shí)兩次壓制結(jié)合處棱角問題，其產(chǎn)品成形后外觀圓滑，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；另外卷板機(jī)連續(xù)作業(yè)方式工作效率大大高于壓力機(jī)的間歇式工作方式，提高了整體工作效率。