三輥卷板機(jī)無壓頭卷圓工藝在3m3容器筒體卷圓中的應(yīng)用

李碩

（中核蘭州鈾濃縮有限公司，甘肅 蘭州 730065）

三輥卷板機(jī)無壓頭卷圓工藝在3m3容器筒體卷圓中的應(yīng)用

李碩

（中核蘭州鈾濃縮有限公司，甘肅 蘭州 730065）

筒體卷圓是第九車間壓力容器生產(chǎn)制造過程中的重要環(huán)節(jié)之一。筒體卷圓是在三輥卷板機(jī)上進(jìn)行，因三輥卷板機(jī)不能彎卷鋼板的全部長度，鋼板兩端有一定的殘留直邊段，所以需對殘留直邊進(jìn)行預(yù)壓弧處理。通常所采用的方法是用液壓機(jī)先對鋼板兩端進(jìn)行壓頭，然后再進(jìn)行卷圓。但增加了周轉(zhuǎn)、提高了勞動(dòng)強(qiáng)度。通過對三輥卷板機(jī)工作原理的研究，在3m3六氟化鈾容器生產(chǎn)過程中試驗(yàn)了一種在三輥卷板機(jī)上不需要預(yù)先對鋼板兩端進(jìn)行預(yù)彎而使筒體成型的新工藝。本文詳細(xì)介紹了新工藝的原理及工藝過程，計(jì)算出相關(guān)數(shù)據(jù)。并對試驗(yàn)筒體進(jìn)行測量，與GB 150《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行對比，證明采用此方法卷圓的筒體完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。使車間筒體卷圓工序效率得到提高，并降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了周轉(zhuǎn)、工序間的等待時(shí)間。

機(jī)械工程；工藝技術(shù)；三輥卷板機(jī)；筒體卷圓

卷板機(jī)是一種將金屬板材卷彎成筒形、弧形或其他形狀工件的通用設(shè)備，根據(jù)三點(diǎn)成圓的原理，利用工件在卷板機(jī)上相對位置變化和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使板材產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，以獲得預(yù)定形狀的工件［1］。筆者車間作為公司壓力容器主要生產(chǎn)單位，承接了公司3m3容器生產(chǎn)加工任務(wù)。為提高生產(chǎn)效率，車間決定采用流水線生產(chǎn)方式，3m3容器筒體加工流程如圖1所示：

圖1 3m3六氟化鈾容器筒體卷圓、校圓加工流程

由圖1可知，3m3六氟化鈾容器筒體制造過程中不僅加工工序較多，而且在各工序之間需要汽車或鏟車的周轉(zhuǎn)，造成生產(chǎn)效率低下，生產(chǎn)成本上升。

3m3六氟化鈾容器筒體卷圓是在三輥卷板機(jī)上進(jìn)行，其缺點(diǎn)為三輥卷板機(jī)不能彎卷板材的全部長度。在卷圓時(shí)，下輥旋轉(zhuǎn)至鋼板兩端時(shí)無法提供支持力，因此板材兩端有b/2（b為卷板機(jī)下面兩輥的間距，如圖2所示）的殘留直邊段。

圖2 三輥卷板機(jī)下面兩輥間距

為防止鋼板兩端出現(xiàn)殘留直邊段，需在筒體卷圓前對鋼板兩端b/2的距離進(jìn)行預(yù)壓弧，也就是我們通常所說的“壓頭”工序。車間以往解決筒體鋼板直邊段所采用的方法是使用四柱式萬能液壓機(jī)（如圖3所示），在液壓機(jī)上應(yīng)用弧形模具，對鋼板進(jìn)行預(yù)壓弧。不僅工序較多，造成生產(chǎn)效率低，且存在大量周轉(zhuǎn)，增加了成本。設(shè)想去掉“壓頭”工序，試驗(yàn)一種不“壓頭”直接進(jìn)行卷圓的方法。在滿足質(zhì)量要求的同時(shí)達(dá)到減少周轉(zhuǎn)、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、增加生產(chǎn)效率和降低成本的目標(biāo)。

圖3 油壓機(jī)進(jìn)行壓頭

1 三輥卷板機(jī)原理

通過以上分析可知車間現(xiàn)有筒體的加工方法

1.1 三輥卷板機(jī)規(guī)格型號

筆者車間所用卷板機(jī)為對稱式三輥卷板機(jī)，型號為W11-30×3200，其規(guī)格型號見表1。

表1 現(xiàn)用卷板機(jī)規(guī)格型

1.2 卷板機(jī)原理

鋼板卷圓過程如圖4所示，首先，送料到合適位置，其次，上輥根據(jù)需要成形的半徑壓下到一定位置 ，然后上下輥同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng) ，板材在上下輥摩擦力的作用下開始連續(xù)彎曲，最后卷板機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)板材反方向再次被滾壓，如此反復(fù)直到鋼板彎曲半徑趨于穩(wěn)定為止。板材的最終成形曲率由上輥壓下量決定，上輥壓下量越大，成型后的半徑越?。?］。

圖4 三輥卷板機(jī)工作過程

2 無壓頭卷圓原理及工藝過程

其基本工藝原理為：先把3m3筒體卷成對接接口處成直線段而其他橫截面為圓弧形，并在卷板機(jī)上直接進(jìn)行組對，然后進(jìn)行縱縫焊接，再用卷板機(jī)校圓成圓形筒體。

具體試驗(yàn)過程如下：（1）筒體卷圓：如圖5所示，在被卷鋼板兩端各距邊沿a處距離開始下壓上棍，每次下壓30mm，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，卷內(nèi)徑為r的圓弧，直至兩直邊段合口，然后在卷板機(jī)上直接用卡具、倒鏈組對縱縫并點(diǎn)焊。減少了以往卷圓后需要在滾輪架上單獨(dú)組對這一工序。

圖5 預(yù)卷筒體

2）縱縫焊接：如圖6所示，把組對好的筒體置于滾輪架上用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行焊接。

圖6 縱縫焊接

3）筒體校圓：如圖7所示，將焊好的筒體再次放到卷板機(jī)上進(jìn)行校圓，校圓主要是對筒體縱縫兩端a距離的直邊段進(jìn)行滾卷，滾卷時(shí)筒體半徑r逐漸變大，最終達(dá)到3m3筒體半徑R的要求，并用內(nèi)半徑R的樣板和鋼卷尺進(jìn)行檢查，符合筒體圓度、棱角度和直徑的質(zhì)量要求。

圖7 筒體校圓

3 預(yù)卷筒體直邊段a及圓弧r數(shù)據(jù)的確定

預(yù)卷筒體的直邊段a及圓弧r的選擇直接影響到筒體卷圓、焊接的質(zhì)量和效率，若預(yù)卷不當(dāng)則會造成縱縫組對時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、如果出現(xiàn)對口錯(cuò)邊量大還會導(dǎo)致焊縫合格率低等不良影響。因此，必須合理的確定直邊段a及預(yù)卷筒體圓弧半徑r的尺寸，根據(jù)三輥卷板機(jī)兩邊不可避免的要?dú)埩鬮/2直邊段這一特點(diǎn)，可得預(yù)留直邊段a≥b/2（b為三輥卷板機(jī)下棍的距離，是卷板機(jī)固有的參數(shù)值，筆者工段所使用的卷板機(jī)型號為W11-30×3200，下面兩輥的間距b=600mm），考慮到工藝性和經(jīng)濟(jì)性，分別選擇3種不同的直邊段a進(jìn)行筒體卷圓、校圓試驗(yàn)，見表2。

3組試驗(yàn)的對口錯(cuò)邊量、棱角E和最大直徑與最小直徑差DMAX-DMIN全部滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)分析不同直邊段a筒體卷圓、校圓所需時(shí)間。

表3 3組試驗(yàn)筒體卷圓、校圓時(shí)間

由表3可得，當(dāng)直邊段a為300mm時(shí)，卷圓、校圓所需總時(shí)間最少，為45min。分析原因：當(dāng)預(yù)留直邊段a較小時(shí)，預(yù)卷筒體半徑r改變到達(dá)筒體半徑R的變形量較小，導(dǎo)致筒體校圓速度較快。這樣可以節(jié)省校圓時(shí)間，提高工作效率。所以首先確定無壓頭卷圓工藝筒體直邊段a=300mm。

圖8 筒體卷圓參數(shù)值

如圖8所示，實(shí)際生產(chǎn)中一般采用中性層彎曲計(jì)算模型，可近似認(rèn)為鋼板彎曲時(shí)應(yīng)力中性層與幾何中性層重合［3］，其幾何關(guān)系如下：

式中:C——筒體周長；

t——鋼板厚度。

由此可得出預(yù)卷筒體內(nèi)半徑r及圓弧角度α,最終確定理論模型模擬工藝參數(shù)為:α≈28°r=638mm

4 試驗(yàn)結(jié)果分析及注意事項(xiàng)

4.1 試驗(yàn)結(jié)果分析

對10臺采用以上試驗(yàn)方法所卷筒體的對口錯(cuò)邊量、棱角E和直徑進(jìn)行測量，所得結(jié)果見表4。

表4 試驗(yàn)筒體對口錯(cuò)邊量、棱角和最大直徑與最小直徑差數(shù)值

根據(jù)GB150《壓力容器》對筒體的質(zhì)量要求：對口錯(cuò)邊量≤3，棱角E≤2.6mm，最大直徑與最小直徑差DMAX-DMIN≤12mm。由表4可得采用試驗(yàn)方法卷圓、校圓的筒體完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 加工注意事項(xiàng)

在鋼板卷圓過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）筒體卷圓過程中應(yīng)盡量保證兩預(yù)留直邊段水平對齊，直邊段外翻、內(nèi)翻會影響對接縱縫坡口角度和后續(xù)筒體校圓質(zhì)量。同時(shí)在組對過程中應(yīng)保證對口錯(cuò)邊量盡量小。

2）應(yīng)控制焊縫余高，保證焊縫余高≤0.8mm，以便校圓時(shí)減輕焊縫對卷板機(jī)輥?zhàn)颖砻娴膲簜?/p>

3）應(yīng)嚴(yán)格控制卷圓時(shí)直邊段，半徑等尺寸，以保證初卷和最終筒體的形成質(zhì)量。

5 結(jié)論

三輥卷板機(jī)筒體卷圓工藝的改進(jìn)，簡化了3m3六氟化鈾容器筒體加工流程：減少了“壓頭工序”、并將筒體卷圓與縱縫組對合并為一道工序，使生產(chǎn)效率顯著提高。和原工藝流程相比,單臺容器筒體卷圓、校圓時(shí)間減少30min。并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了在合理的參數(shù)范圍內(nèi)此方法可以獲得滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的筒體。對車間壓力容器生產(chǎn)具有指導(dǎo)作用，此方法已在車間使用。

［1］ 于靖軍，機(jī)械原理［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［2］ 李強(qiáng)，高耀東，尚珂.對稱式三輥卷板機(jī)的受力及驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算分析［J］.鍛壓技術(shù)，2007.8.

［3］ 喬波，雷步芳，付建華，等.對稱式三輥卷板機(jī)厚板壓彎工藝參數(shù)分析［J］.重型機(jī)械，2012.2.

TG305