圓錐形拉伸模具壓制封頭工藝的理論研究

段貴學

摘 要：采用圓錐形拉伸模具壓制封頭不用壓邊圈，簡化了壓制過程。與其它模具比較，圓錐形拉伸模具具有結構簡單、制造容易、操作方便、生產效率高、勞動強度小、生產成本低等特點、在壓制過程中改善了胚料的變形條件。壓制的封頭質量好。

關鍵詞：壓制封頭 圓錐形 模具

中圖分類號：TG76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（a）-0003-01

在普通拉伸模具壓制橢圓形封頭，在符合下列條件即S/Dp×100≤1.0～1.2（S-胚料厚度mm，Dp-胚料直徑mm）時，采用壓邊圈或多次拉伸成形。

采用圓錐形拉伸模具壓制封頭，當上模下行，胚料馬上進入下模腔內。由于胚料隨模腔變成圓錐形，加大了抗失穩性而少了起皺，因此可以采用較小的拉伸系數并減少拉伸次數。

普通模具胚料在壓邊圈和下模圓角處有摩擦力和彎曲力，阻礙胚料向下流動。圓錐模具的摩擦力和變形阻力都比普通模具小，對壓機噸位要求低，生產過程中動力消耗少。采用圓錐形拉伸模具壓制封頭不用壓邊圈，簡化了壓制過程。

1 模具設計要求

1）熱壓模具應考慮工件的收縮量。

2）上模應有脫模斜度，脫模方法簡單、方便、可靠。

3）模具結構應考慮防止受熱變形而損壞。

4）多采用簡單模具，少采用復合模具。

5）模具結構要考慮進出料方便、省力、胚料定位裝置簡單、迅速、準確。

2 上模設計

同一直徑的封頭，材料、壁厚不同，熱壓收縮率也不同。在實際生產中，以內徑為準的封頭，上模設計應考慮同一直徑幾種相鄰壁厚封頭的通用性。

1）收縮率δ

封頭熱壓后的收縮量與工件的材料、形狀、尺寸（板厚）、脫模溫度及冷卻條件有關，一般按下列計算：

δ=a·Δt·100%

式中a-材料的線膨脹系數；

Δt-脫模溫度與室溫之差℃。

2）上模直徑Dsm

Dsm=Dn（1+δ）mm

式中：Dn-封頭收縮率，見表1。

3）上模曲面部分高度Hsm

Hsm=HQ（1+δ）mm

式中：HQ—封頭曲面部分高度mm；

δ—熱壓收縮率：見表1。

注：

薄壁封頭取下限，厚壁封頭上限；

不銹鋼封頭收縮率按上式增加了30%～40%；

需要調質處理的封頭應另減調質后的脹大量，其值通常為0.05～0.1%；

對封頭余量進行氣割時，應增加氣割收縮量，其通常為0.04～0.06%。

4）上模直邊高H0

H0=H1+H2+H3+H4

式中：H1—封頭直邊高度mm，按產品要求；

H2—封頭高度修邊余量，一般為15～ 40 mm；

H0—卸料板厚度，一般為40～80 mm；

H0—保險余量，一般取40～100 mm。

5）上模上部直徑D0

D0=+Dsm（2～3）mm

6）上模壁厚Ssm

當壓機噸位<400噸時，Ssm=30～40 mm；

當壓機噸位>1500噸時，Ssm=70～90 mm；

3 下模設計

下模直徑Dxm

Dxm=+Dsm+2S+Zmm

式中：Z—模具直徑間隙，Z=（0.1～ 0.2）Smm。

間隙選擇原則：

（1）薄壁封頭取較大值，厚壁封頭取較小值。

（2）直邊較長的橢圓形封頭取較大值。

（3）設備能力偏小的取大值，并可適當加大間隙范圍。

（4）如果封頭尺寸是以外徑為基準，則收縮應考慮在下模上，而模具隙則取在上模上。

2）下模圓角半徑Rxm

Rxm=（3～6）Smm

錐形角a

a=15～30°

防止起皺a取較大值，較少拉伸力a取較小值。

3）下模直邊高度h1

h1=40～70 mm

直邊高度過大會產生卸料困難。

根據以上幾個主要參數，按工件展開尺寸Dp確定W點。以Rxm為半徑畫圓弧與圓錐角a的斜線相切，錐角斜線另端與Dxm相交，這樣圓錐形模具的主要結構就確定下來了。

4）下模斜面部分高度H

H=

式中：D2=Dp-2（Rxm-tga·Rxm）

5）下模外徑D

D=Dxm+（200～400）mm

4 圓錐形拉伸模具的特點

（1）由于這種拉伸的行程長，所以上模較長，模具的開啟高度較大，要求壓機的開啟高度大。

（2）上模應有透氣孔，以防止形成真空，難以卸下工件。

（3）上模端面加工略粗糙些，使上模與工件之間有較大的摩擦力，有助于工件的穩定移動，不易產生壓偏。

（4）封頭胚料應加熱均勻，裝上模具后，壓制溫度不能過高，一般在600～650 ℃時開始壓制為宜。由于錐形拉伸模具產生的摩擦力和變形力都比普通模具的拉伸力小，所以在胚料上產生的拉力小。如果胚料壓制溫度過高，那么胚料上產生的拉力就會小于胚料變形時產生的壓力，壓制出的封頭容易產生起皰現象。

利于鑄鐵材料制造上、下模具，抗磨性能好。為了提高模具壽命和工件質量可用石墨加水調成糊狀當潤滑劑涂在模具上。涂上潤滑劑的模具很容易卸料。模具上安裝彈簧滑塊式卸料機構可實現自動卸料。應用圓錐形拉伸模具壓制的封頭既能保證質量，又能提高效率，使成本大為降低。

參考文獻

[1] 孔彪.鍋爐封頭壓模的修復工藝[J].裝備制造技術，2007（8）.

[2] 農琪，謝業東.壓力容器橢圓形封頭的可靠性設計[J].裝備制造技術，2010（9）.endprint

摘 要：采用圓錐形拉伸模具壓制封頭不用壓邊圈，簡化了壓制過程。與其它模具比較，圓錐形拉伸模具具有結構簡單、制造容易、操作方便、生產效率高、勞動強度小、生產成本低等特點、在壓制過程中改善了胚料的變形條件。壓制的封頭質量好。

關鍵詞：壓制封頭 圓錐形 模具

中圖分類號：TG76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（a）-0003-01

在普通拉伸模具壓制橢圓形封頭，在符合下列條件即S/Dp×100≤1.0～1.2（S-胚料厚度mm，Dp-胚料直徑mm）時，采用壓邊圈或多次拉伸成形。

采用圓錐形拉伸模具壓制封頭，當上模下行，胚料馬上進入下模腔內。由于胚料隨模腔變成圓錐形，加大了抗失穩性而少了起皺，因此可以采用較小的拉伸系數并減少拉伸次數。

普通模具胚料在壓邊圈和下模圓角處有摩擦力和彎曲力，阻礙胚料向下流動。圓錐模具的摩擦力和變形阻力都比普通模具小，對壓機噸位要求低，生產過程中動力消耗少。采用圓錐形拉伸模具壓制封頭不用壓邊圈，簡化了壓制過程。

1 模具設計要求

1）熱壓模具應考慮工件的收縮量。

2）上模應有脫模斜度，脫模方法簡單、方便、可靠。

3）模具結構應考慮防止受熱變形而損壞。

4）多采用簡單模具，少采用復合模具。

5）模具結構要考慮進出料方便、省力、胚料定位裝置簡單、迅速、準確。

2 上模設計

同一直徑的封頭，材料、壁厚不同，熱壓收縮率也不同。在實際生產中，以內徑為準的封頭，上模設計應考慮同一直徑幾種相鄰壁厚封頭的通用性。

1）收縮率δ

封頭熱壓后的收縮量與工件的材料、形狀、尺寸（板厚）、脫模溫度及冷卻條件有關，一般按下列計算：

δ=a·Δt·100%

式中a-材料的線膨脹系數；

Δt-脫模溫度與室溫之差℃。

2）上模直徑Dsm

Dsm=Dn（1+δ）mm

式中：Dn-封頭收縮率，見表1。

3）上模曲面部分高度Hsm

Hsm=HQ（1+δ）mm

式中：HQ—封頭曲面部分高度mm；

δ—熱壓收縮率：見表1。

注：

薄壁封頭取下限，厚壁封頭上限；

不銹鋼封頭收縮率按上式增加了30%～40%；

需要調質處理的封頭應另減調質后的脹大量，其值通常為0.05～0.1%；

對封頭余量進行氣割時，應增加氣割收縮量，其通常為0.04～0.06%。

4）上模直邊高H0

H0=H1+H2+H3+H4

式中：H1—封頭直邊高度mm，按產品要求；

H2—封頭高度修邊余量，一般為15～ 40 mm；

H0—卸料板厚度，一般為40～80 mm；

H0—保險余量，一般取40～100 mm。

5）上模上部直徑D0

D0=+Dsm（2～3）mm

6）上模壁厚Ssm

當壓機噸位<400噸時，Ssm=30～40 mm；

當壓機噸位>1500噸時，Ssm=70～90 mm；

3 下模設計

下模直徑Dxm

Dxm=+Dsm+2S+Zmm

式中：Z—模具直徑間隙，Z=（0.1～ 0.2）Smm。

間隙選擇原則：

（1）薄壁封頭取較大值，厚壁封頭取較小值。

（2）直邊較長的橢圓形封頭取較大值。

（3）設備能力偏小的取大值，并可適當加大間隙范圍。

（4）如果封頭尺寸是以外徑為基準，則收縮應考慮在下模上，而模具隙則取在上模上。

2）下模圓角半徑Rxm

Rxm=（3～6）Smm

錐形角a

a=15～30°

防止起皺a取較大值，較少拉伸力a取較小值。

3）下模直邊高度h1

h1=40～70 mm

直邊高度過大會產生卸料困難。

根據以上幾個主要參數，按工件展開尺寸Dp確定W點。以Rxm為半徑畫圓弧與圓錐角a的斜線相切，錐角斜線另端與Dxm相交，這樣圓錐形模具的主要結構就確定下來了。

4）下模斜面部分高度H

H=

式中：D2=Dp-2（Rxm-tga·Rxm）

5）下模外徑D

D=Dxm+（200～400）mm

4 圓錐形拉伸模具的特點

（1）由于這種拉伸的行程長，所以上模較長，模具的開啟高度較大，要求壓機的開啟高度大。

（2）上模應有透氣孔，以防止形成真空，難以卸下工件。

（3）上模端面加工略粗糙些，使上模與工件之間有較大的摩擦力，有助于工件的穩定移動，不易產生壓偏。

（4）封頭胚料應加熱均勻，裝上模具后，壓制溫度不能過高，一般在600～650 ℃時開始壓制為宜。由于錐形拉伸模具產生的摩擦力和變形力都比普通模具的拉伸力小，所以在胚料上產生的拉力小。如果胚料壓制溫度過高，那么胚料上產生的拉力就會小于胚料變形時產生的壓力，壓制出的封頭容易產生起皰現象。

利于鑄鐵材料制造上、下模具，抗磨性能好。為了提高模具壽命和工件質量可用石墨加水調成糊狀當潤滑劑涂在模具上。涂上潤滑劑的模具很容易卸料。模具上安裝彈簧滑塊式卸料機構可實現自動卸料。應用圓錐形拉伸模具壓制的封頭既能保證質量，又能提高效率，使成本大為降低。

參考文獻

[1] 孔彪.鍋爐封頭壓模的修復工藝[J].裝備制造技術，2007（8）.

[2] 農琪，謝業東.壓力容器橢圓形封頭的可靠性設計[J].裝備制造技術，2010（9）.endprint

摘 要：采用圓錐形拉伸模具壓制封頭不用壓邊圈，簡化了壓制過程。與其它模具比較，圓錐形拉伸模具具有結構簡單、制造容易、操作方便、生產效率高、勞動強度小、生產成本低等特點、在壓制過程中改善了胚料的變形條件。壓制的封頭質量好。

關鍵詞：壓制封頭 圓錐形 模具

中圖分類號：TG76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（a）-0003-01

在普通拉伸模具壓制橢圓形封頭，在符合下列條件即S/Dp×100≤1.0～1.2（S-胚料厚度mm，Dp-胚料直徑mm）時，采用壓邊圈或多次拉伸成形。

采用圓錐形拉伸模具壓制封頭，當上模下行，胚料馬上進入下模腔內。由于胚料隨模腔變成圓錐形，加大了抗失穩性而少了起皺，因此可以采用較小的拉伸系數并減少拉伸次數。

普通模具胚料在壓邊圈和下模圓角處有摩擦力和彎曲力，阻礙胚料向下流動。圓錐模具的摩擦力和變形阻力都比普通模具小，對壓機噸位要求低，生產過程中動力消耗少。采用圓錐形拉伸模具壓制封頭不用壓邊圈，簡化了壓制過程。

1 模具設計要求

1）熱壓模具應考慮工件的收縮量。

2）上模應有脫模斜度，脫模方法簡單、方便、可靠。

3）模具結構應考慮防止受熱變形而損壞。

4）多采用簡單模具，少采用復合模具。

5）模具結構要考慮進出料方便、省力、胚料定位裝置簡單、迅速、準確。

2 上模設計

同一直徑的封頭，材料、壁厚不同，熱壓收縮率也不同。在實際生產中，以內徑為準的封頭，上模設計應考慮同一直徑幾種相鄰壁厚封頭的通用性。

1）收縮率δ

封頭熱壓后的收縮量與工件的材料、形狀、尺寸（板厚）、脫模溫度及冷卻條件有關，一般按下列計算：

δ=a·Δt·100%

式中a-材料的線膨脹系數；

Δt-脫模溫度與室溫之差℃。

2）上模直徑Dsm

Dsm=Dn（1+δ）mm

式中：Dn-封頭收縮率，見表1。

3）上模曲面部分高度Hsm

Hsm=HQ（1+δ）mm

式中：HQ—封頭曲面部分高度mm；

δ—熱壓收縮率：見表1。

注：

薄壁封頭取下限，厚壁封頭上限；

不銹鋼封頭收縮率按上式增加了30%～40%；

需要調質處理的封頭應另減調質后的脹大量，其值通常為0.05～0.1%；

對封頭余量進行氣割時，應增加氣割收縮量，其通常為0.04～0.06%。

4）上模直邊高H0

H0=H1+H2+H3+H4

式中：H1—封頭直邊高度mm，按產品要求；

H2—封頭高度修邊余量，一般為15～ 40 mm；

H0—卸料板厚度，一般為40～80 mm；

H0—保險余量，一般取40～100 mm。

5）上模上部直徑D0

D0=+Dsm（2～3）mm

6）上模壁厚Ssm

當壓機噸位<400噸時，Ssm=30～40 mm；

當壓機噸位>1500噸時，Ssm=70～90 mm；

3 下模設計

下模直徑Dxm

Dxm=+Dsm+2S+Zmm

式中：Z—模具直徑間隙，Z=（0.1～ 0.2）Smm。

間隙選擇原則：

（1）薄壁封頭取較大值，厚壁封頭取較小值。

（2）直邊較長的橢圓形封頭取較大值。

（3）設備能力偏小的取大值，并可適當加大間隙范圍。

（4）如果封頭尺寸是以外徑為基準，則收縮應考慮在下模上，而模具隙則取在上模上。

2）下模圓角半徑Rxm

Rxm=（3～6）Smm

錐形角a

a=15～30°

防止起皺a取較大值，較少拉伸力a取較小值。

3）下模直邊高度h1

h1=40～70 mm

直邊高度過大會產生卸料困難。

根據以上幾個主要參數，按工件展開尺寸Dp確定W點。以Rxm為半徑畫圓弧與圓錐角a的斜線相切，錐角斜線另端與Dxm相交，這樣圓錐形模具的主要結構就確定下來了。

4）下模斜面部分高度H

H=

式中：D2=Dp-2（Rxm-tga·Rxm）

5）下模外徑D

D=Dxm+（200～400）mm

4 圓錐形拉伸模具的特點

（1）由于這種拉伸的行程長，所以上模較長，模具的開啟高度較大，要求壓機的開啟高度大。

（2）上模應有透氣孔，以防止形成真空，難以卸下工件。

（3）上模端面加工略粗糙些，使上模與工件之間有較大的摩擦力，有助于工件的穩定移動，不易產生壓偏。

（4）封頭胚料應加熱均勻，裝上模具后，壓制溫度不能過高，一般在600～650 ℃時開始壓制為宜。由于錐形拉伸模具產生的摩擦力和變形力都比普通模具的拉伸力小，所以在胚料上產生的拉力小。如果胚料壓制溫度過高，那么胚料上產生的拉力就會小于胚料變形時產生的壓力，壓制出的封頭容易產生起皰現象。

利于鑄鐵材料制造上、下模具，抗磨性能好。為了提高模具壽命和工件質量可用石墨加水調成糊狀當潤滑劑涂在模具上。涂上潤滑劑的模具很容易卸料。模具上安裝彈簧滑塊式卸料機構可實現自動卸料。應用圓錐形拉伸模具壓制的封頭既能保證質量，又能提高效率，使成本大為降低。

參考文獻

[1] 孔彪.鍋爐封頭壓模的修復工藝[J].裝備制造技術，2007（8）.

[2] 農琪，謝業東.壓力容器橢圓形封頭的可靠性設計[J].裝備制造技術，2010（9）.endprint