一種厚壁雙曲率補(bǔ)強(qiáng)板的成型工藝研究與實(shí)踐

丁海明 湯剛

（山東核電設(shè)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(bǔ)強(qiáng)常采用整體補(bǔ)強(qiáng)的方式，補(bǔ)強(qiáng)板的形狀應(yīng)與殼體形狀一致，以保證容器強(qiáng)度可靠性；容器封頭的補(bǔ)強(qiáng)板一般具有厚壁、雙曲率等特點(diǎn)，成型困難。本文主要針對位于橢球形封頭上的整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)板成型工藝進(jìn)行了研究與實(shí)踐。

補(bǔ)強(qiáng)板的成型方法主要有整體模壓成型、點(diǎn)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(bǔ)強(qiáng)板；對于小批量、厚壁、冷成型要求的補(bǔ)強(qiáng)板一般采用點(diǎn)壓成型工藝。點(diǎn)壓成型不僅具有模具簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)[3]，還能大大降低對設(shè)備（壓機(jī)）的要求、降低成本、提高效率。本文將介紹一種點(diǎn)壓成型壓制補(bǔ)強(qiáng)板的成型工藝。

2 模具設(shè)計(jì)

模具包括上模和下模，模具尺寸需要根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)板大小、強(qiáng)度等因素而定；對于雙曲率補(bǔ)強(qiáng)板，模具不易超過補(bǔ)強(qiáng)板長度太多；模具表面應(yīng)光滑過渡，并打磨棱角，避免表面顆?；蚶饨瞧茐难a(bǔ)強(qiáng)板表面。模具設(shè)計(jì)過程中，需要考慮其與設(shè)備（壓機(jī)）的聯(lián)接，聯(lián)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(shè)備（壓機(jī)）上，并保證上下模具平行。

3 壓制過程描述

3.1 壓制前準(zhǔn)備工作

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

補(bǔ)強(qiáng)板標(biāo)記：采用鋼針等工具在補(bǔ)強(qiáng)板上表面的橫向及縱向進(jìn)行均分劃線，并在厚度截面用記號(hào)筆做出標(biāo)記，便于壓制時(shí)查看和校準(zhǔn)壓制方向，如圖2所示。在補(bǔ)強(qiáng)板內(nèi)表面采用樣沖點(diǎn)標(biāo)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(bǔ)強(qiáng)板中心。

楔形鐵皮準(zhǔn)備：將白鐵皮切成三角形，并按照圖3進(jìn)行折彎，折彎完成后，鐵皮一側(cè)較厚，另一側(cè)較薄。

圖2 補(bǔ)強(qiáng)板壓制前標(biāo)記圖

圖3 楔形鐵皮折彎示意圖

形狀測量樣板準(zhǔn)備：根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)板兩個(gè)主要方向曲率要求，采用精密設(shè)備制作相應(yīng)的形狀測量樣板，并進(jìn)行標(biāo)定。

3.2 壓制小曲率方向

將補(bǔ)強(qiáng)板吊至下模，調(diào)整補(bǔ)強(qiáng)板小曲率方向與上下模垂直，啟動(dòng)下模平臺(tái)，使上模盡量靠近補(bǔ)強(qiáng)板端部；從補(bǔ)強(qiáng)板一端開始?jí)褐?，以圖2劃線為基準(zhǔn)，每隔一定間距壓制一次，直至壓制完成為止；為防止補(bǔ)強(qiáng)板內(nèi)表面出現(xiàn)較大壓痕，應(yīng)在補(bǔ)強(qiáng)板內(nèi)表面與上模之間墊薄鐵皮；壓制時(shí)應(yīng)邊壓制邊用樣板測量，直至補(bǔ)強(qiáng)板整體曲率合格，壓制過程中應(yīng)時(shí)刻注意上下模與母線平行。如果小曲率壓制時(shí)出現(xiàn)壓制過深的情況可暫時(shí)不用處理，因?yàn)樵趬褐拼笄蕰r(shí)小曲率方向會(huì)有所展開，待大曲率壓制完成后再進(jìn)行矯形。

3.3 壓制大曲率方向

小曲率方向壓制完成后，將補(bǔ)強(qiáng)板旋轉(zhuǎn)90°，此時(shí)補(bǔ)強(qiáng)板與上下模之間將存在一定的間隙，壓制時(shí)將制作好的楔形鐵皮插入補(bǔ)強(qiáng)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(gè)主要方向上的曲率是否符合技術(shù)要求或規(guī)范要求[1][2]，如果某個(gè)方向或區(qū)域不符合要求，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)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(huì)出現(xiàn)壓制過深的情況，這種情況可以用反變形的方法進(jìn)行處理。將壓制過深的部位至于平臺(tái)上部，在補(bǔ)強(qiáng)板上表面合適的位置放置兩塊方鐵，再加壓使其產(chǎn)生反變形；由于壓制時(shí)補(bǔ)強(qiáng)板受力復(fù)雜，反變形與正常壓制變形不是絕對的相反，這將導(dǎo)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(shè)備（壓機(jī)）壓力，盡量避免反變形操作。

結(jié)語

通過點(diǎn)壓成型工藝實(shí)踐：為小批量、厚壁、雙曲率補(bǔ)強(qiáng)板制造提供了一種模具簡單、成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)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(qiáng)壓力控制，盡量減少反變形操作。

[1]美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME）鍋爐及壓力容器規(guī)范2001版包括2002增補(bǔ)，第Ⅲ卷“核電廠部件，MC級(jí)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(shè)備技術(shù)，2008（6）.