大型折边锥形封头的分瓣冲压成形工艺及模具

在石油化工设备压力容器设计与制造中，锥形封头使用较为普遍。当锥顶半角 ≥30。时，要求采用折边锥形封头，其大端有-过渡圆弧，用来降低简体与锥体连接边缘应力，以改善压力容器受压状态，保证设备安全运行使用。在石化压力容器制造过程中，理想的加工成形工艺是：先卷制成形锥形体，而后用模具对过渡圆弧区进行整体热冲压成形。但由于所制造设备的折边锥体之大受到本企业加工设备能力限制而不能如愿 [1 ]。现介绍-种分部成形组焊方法，即对锥体部分可按常规制法进行卷制组焊成形。而对折边段进行分瓣冲压组焊成形最后再将两分段部分组焊成形大直径折边锥形封头工艺及模具设计技术。

1 折边锥形封头设计原始条件已知所承制分离器设备的折边锥形封头2 200 mm×12 mrl，高度HI 800 mm，下部小端的接口法兰孔直径 60 mm、大端直边Ho40 mm、过渡圆浑径R330 mm、锥顶半角 a32.75。，材质 Q235-A。

为便于制造成形大径折边锥体，对工件进行分部成形，即折边部分和锥体部分，分体的直径尺寸d取值为：d(0.40.75)D (0.4～0.75)X2 2001 600 mm对锥体部分可按常规制法进行卷制组焊成形。

对折边段部分进行分瓣冲压组焊成形而后将两分段部分再组焊成形大直径折边锥形封头。

图1 折边锥形封头Fig.1 Torieonical head图2 折边锥形封头分部冲压计算Fig.2 Calculation of separated piece punch for toriconical head2.1 折边锥体封头直锥体与过渡圆弧分界直径D D.-2r (1-COS 0[)例 Di2 200-2×330(COS 32。45)2 095 mm2 折边锥形封头基本尺寸计算及分瓣数确定 收稿日期：2012-11-10作者简介：陆博福 (1954～)，男，辽宁辽阳人，高级工程师。现大径折边锥形封头基本计算公式推导(图1，图2) 从事压力容器、机械产品检测仪器质量管理工作。

24 化 工 设 备 与 管 谭 第 50卷第 2期2.2 J土利 分 嬲段 展 开 圆线 长 度 计 算， 兀 Di～d ，i 。 -18-0-2 si-naf40 。 -2 095--1 600： 686330x32 75·。 ～180 2.3 锥体展开计算(1)锥体展开直径 (图 3)① si 180 。

Dpsin32.75f3o×32-75 0)2 o952 219② ：- 2 050 瓦dRdK 1 6 00×2 0501 478③ 展开分瓣外径弧长计算 (取 n8试算) D 署2 219詈871.434、3.1圈3 边 锥 彤 封 头 分 辨 展 升Fig.3 Unfolding of divided piece for toricanicle head分瓣冲压折边锥形封头模具几何参数 (见图图51基本数据计算###SDn sinI]20osinf ] 2② nosin( ]-612③厅H-d -d0 ctg 6c 1 800- ctg 32.75603④ 冲压力方向与封头直径轴线倾角 仅 arctarctg Q Jarctg(2.01)63。3 ‰ j 眦 叭⑤ ( ]：f丝 1-673.5 l 2COS 63。33 J图4 折边锥封头主截面弯曲深度 计算Fig.4 Calculation of curved depth dm for main section图5 分瓣冲压折边锥形封头模具计算Fig.5 Calculation of molding tool for divided piece oftoriconicle3.2 折边封头圆弧过渡曲面在主截面内压形深度见图4示出，曲线方程式图形坐标系，公式推导如下：2013年 4月 陆博福.大型折边锥形封头的分瓣冲压成形工艺及模具设直线 ，3//l'斜平 ktg oc (。[ 为已知数)， 为越程 ，的切线， 过渡 圆浑径 ，其切点为 ， AA， --x； 丁二 )，切线方程为11：XlX (1)13：Yhok 十- 般式 /oc-Y十 厅0 (2)由(1)得 卅岳因 lJ/l ， - X1， 则有 - 。 (3)Yl 代人式 (3)解方程得1 - - 41k- 点 -丽 ；丽 ； 与-般式 2代入点到直线距离公式得出：k2 r- r - 。l/ 整理； 瓜 )-hoI式中 为过渡浑径 330，h。直边刻度 40，k-tga2。

例： ：I 30(2- 了)40l .43.3 模具参数计算① i c。s 0.5Dn]fsin 6303'1-cos T1800.5 x 2 20 J5 f275 1 620000. 55③/fctg仅f75ctg63。33L37.3 f-' 37.3 27.13⑤ 。.5 S 2]75 ] 9###Rf20.5 -o.5[5 ]⑦ .5 导]o.s[37.3 ] 94-o.5 啬]f20.5[27.13 ]174⑨ n[cmsin ] sin 。 ，sin ] 5 0。

由于采用热压成型，载荷相对减邢多，对于分瓣冲压宜采用铸制压南为理想 (也可采用钢板拼焊制做模具)。模具材料为铸铁HT300均可满足要求。

5 铸制压模的木型及造型方法模具木型及砂型造法，若按图纸做出整体木型，- 是周期长，二是耗用材料多，为此采用 底板卧式靠模刮板造型方法”5.1 木型的制做(1)拼做-块 1 m 、厚度40mm模板，中间挖空，其内腔形状按 y10。、S842、$2613、圆弧以 2 394。 121 720参数值放样做图。

(2)按 S842、f75、Rf1 219、f- 37.3、Rf2 394、及 613、 55、Rf2879.6、f 27.13、-1 720值，分别做底板上面的靠模元件，其中 、的凸凹向应与模具体工件各自相反。

(3)按 主 视 图截 形 曲面 的 r、D 、 d。、o 63。33 、 做刮板。

5.2 砂型造法先将底板靠模弧曲面向上卧入地砂中打实四周，而后用刮板在靠模板上，空腔形内刮动，注意按等分角刻线内移动，即可刮出曲面砂型。

当造好-个砂型后，将木型送交改制，更换相反向的靠模板，随后可造出另-个砂型。

6 分瓣冲压折边锥体封头组对拼焊成型对分瓣冲压成型的瓣片按样板划线切割打磨坡口见金属光泽，而后在地平台上按Dn直径分布点焊拼板限位和定位立柱，而后对装点固焊接成型焊缝，26 化 工 设 备 与 管 道 第 50卷第 2期最后进行 RT射线探伤符合图纸JB 4730-2005《无损检测》技术要求。

7 结束语对于大型折边锥体封头制造，采用分部成形组焊方法，即对锥体部分按常规工艺进行卷制组焊成形。而对折边段则进行分瓣冲压组焊成形，最后再将两分段部分组焊成形大直径折边锥形封头工艺及模具设计技术，是利用现有加工设备成形大型折边锥体封头的最佳有效途径。