封頭支腿墊板成形工藝及模具設計

中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林機械制造分公司 （吉林 132021） 張魁林 郭傳東

我分公司承攬制造的反應器共20臺，每臺反應器的下封頭上有6個支腿，支腿與下封頭之間設計有墊板，如圖1所示。墊板厚20mm，材質為Q345R，20臺反應器共有120塊墊板。因為數量較多，完成如此多墊板的成形任務將直接影響到20臺反應器能否按時完工。

圖1

1.成形工藝方案分析

針對此件的形狀及其成形方式進行深入分析。按照經驗，傳統制造方法采用人工熱作成形。改進的工藝方法是在封頭上割取，或在碗形模具內冷壓成形，或制作新模具冷壓成形。現分述如下：

（1）人工熱作 墊板的傳統制造方法是采用人工熱作成形，具體的做法是用氧乙炔焰加熱，邊加熱邊用大錘敲擊，經過多次擊打，直至墊板與封頭表面貼合。此工藝的優點是不需工裝模具；缺點是工作環境不好，工人勞動強度大，且有錘疤，外觀質量不好。

（2）封頭上割取 改進的工藝方法是在封頭上割取。具體做法為按照需要的相關尺寸規格壓制封頭，通過鈑金下料放樣，確定墊板在封頭上的具體位置和尺寸后制作樣板，然后利用樣板在封頭上劃線，采用氧乙炔割炬火焰切割，得到需要的墊板。這種工藝方法不需要特意制造工裝模具，利用常用的模具將封頭壓制成形，在上面割取，得到需要的封頭支腿墊板。優點為尺寸較準確，適用于墊板數量少的施工情況；缺點為浪費材料（見圖2）。

圖2

（3）利用原碗形模具壓制 我公司以前壓制封頭時曾制作一套尺寸相近的碗形模具，我們嘗試利用這套模具壓制墊板，因為墊板壓制前無法準確定位，無論冷壓還是熱壓，壓制后墊板的尺寸形狀都達不到要求，如圖3所示。

圖3

（4）自制新模具壓制成形 針對我公司20臺反應器上120塊墊板的生產任務，由于數量較多，采用傳統的人工熱作方法，工期長且成形質量差；采用割取的工藝方法浪費板料太多；利用碗形模具壓制未果。因此采用以上三種工藝方法是不可取的。最后我們決定自己設計、制造模具，將墊板冷壓成形。

2.模具結構設計、制造及使用

考慮到模具若采用鑄造成形，鑄造后需要在立式車床上加工，而我公司設備能力不夠，無法加工。若采用精密鑄造，需要外單位協作制造，費用大、工期長。最后決定采用鋼板焊接的模具結構。

具體內容包括壓制設備的選擇、壓制形式、模具制造原理、模具制造過程、墊板壓制過程。

（1）壓制設備的選擇 根據以往工作經驗，我們決定在我公司的20MN水壓機上壓制成形。

（2）壓制形式 冷壓成形。

（3）模具制造原理 因為封頭墊板截面的輪廓線是橢圓曲線的一部分，而封頭是橢圓曲線的回轉體，橢圓母線繞著軸線回轉，形成橢圓封頭。因此沿著通過軸心的放射狀筋板回轉的母線形狀尺寸是一致的，依據此原理即可設計模具壓制封頭支腿墊板，如圖4所示。

（4）模具制造過程 利用AutoCAD軟件進行設計，將各部分單件按1∶1的比例繪制；由操作人員將畫好的圖形輸入數控切割機，將板料平放，數控切割機先關機預走一遍，檢查無誤后再進行切割。切割后由鉚工將切割好的筋板，上下覆板、上下堵板、上下模板、上下立筋等單件按總圖進行組對、焊接，采用間斷焊，防止焊接變形。

圖4

（5）墊板壓制過程 首先將上下模利用螺栓聯接，固定在20MN水壓機上，在上下覆板中間夾著一塊下好料的墊板，放入加熱爐內加熱。加熱好后出爐，壓制合模，待冷卻到室溫后，將上覆板與上模筋板焊好，將下覆板與下模筋板焊好，待冷卻后，即可投入使用。

壓制前，水壓機活動橫梁上移開模，移動工作臺移出，利用橋式起重機將下好料的板料放在模腔內，準確定位，移動工作臺移入，水壓機活動橫梁下移合模，然后開模，移出工作臺，利用橋式起重機將壓好的墊板吊走。墊板就這樣循環地壓制成形，平均約3min可壓制成一塊墊板，合模時情況如圖5所示。

圖5 封頭支腿上墊板的成形

3.結語

采用鋼板焊接結構的模具，可以利用邊角余料制作，成本低。數控切割機加工各部件，然后組對、焊接成形，制造精度滿足使用要求。冷壓成形環境好，且節約能源。模具壓制，降低工人勞動強度，成形所需時間短，工作效率高。

經過實際生產證明，該工藝和模具使用效果良好，完全能夠滿足質量要求，在合理的工期內完成了生產任務，達到了預期目的。