大直径中厚封头的冷压新工艺

文/刘树喜，梁庭玉·北京顺大封头制造有限公司

大直径中厚封头的冷压新工艺

文/刘树喜，梁庭玉·北京顺大封头制造有限公司

刘树喜，工程师，主要从事小直径、大直径封头及超厚封头的生产工艺和工装设备的研发及公司日常管理工作。

我单位在近几年的生产过程中，经常承接钢铁、化工行业使用的混风炉、热风炉、中高压容器所使用的大直径（4～10m）、中等厚度（30～100mm）、各种材质（Q345R、不锈钢复合板、普通碳素钢）、各种形状（球形、C形弯、S形弯、鼓形、多曲率旋转壳体、椭圆形、碟形）的封头和压制件。在为业务单位提供合格、满意产品的过程中，我们摸索出一套压制上述产品的冷压工艺。本文就大型压制件的压制工艺实施过程中应注意的专业技术问题进行探讨，推广应用于其他同类压制件的专业化生产，以降低生产成本，提高产品质量。

冷压新工艺与其他压制工艺的对比

随着大型钢铁、化工企业对大直径、中厚压制件和封头的需求增多，及用户为了后续施工的顺利进行，对材料内在质量和压制件几何尺寸的控制越来越严格，对生产成本、工期的要求也越来越苛刻。

现将我们公司采用的这种冷压新工艺与其他压制工艺相对比，结果见表1。

由表1可知，采用分片冷压工艺能提高液压机的成形能力，减少模具成本，提高钢材的利用率，降低钢板的加热损耗，并较好地控制压制件的几何精度，从而大大地降低压制件的冲压成本，所以应为压制此类压制件的最佳选择。

■ 表1 分片冷压与其他压制工艺的技术、经济性对比

冷压新工艺的工艺流程

冷压新工艺的工艺流程：根据图纸计算下料尺寸→排版→订轧钢板，钢板入厂检查→无损检测→冷冲压压制→尺寸、样板间隙检查→校形→立体样板划线→专用切割工装切割→坡口无损检测→二次校形→在专用平台组对→测量几何尺寸→预热焊缝→焊接→无损检测→整体热处理→车坡口→尺寸检查→焊接支撑→喷涂→客户验收→交库→运输。

冷压工艺的控制要点

冷压模具的选用与压制件的曲率控制

冷压模具上冲模具可根据压制件的曲率并考虑材料的回弹量，采用球壳板压制用模具或者专用压制模具，有时可根据压制件的尺寸利用封头热压模具或者打鼓模的上冲头，都能达到很好的压制效果。控制模具上冲头外径在1.4～1.9m之间，下模座可采用组合模具，这样就可以使球壳板模具、冷旋机压制模具、封头的热冲压模具互换使用，提高模具使用率，从而大大地降低模具费用，实际分到压制件的模具费用很低。但是前提条件是控制压制件的各个方向的曲率符合要求，用曲率间隙样板检查其数值应控制在3mm之内，否则组对的几何尺寸就不能得到保证，特别是大型的压制件到组对时特别困难，极容易发生强力组装。

冷压封头料片的立体划线与切割工装

由于封头行业所使用的产品基本属于旋转壳体和球形壳体，对上述壳体进行分片压制，其分片的几何尺寸涉及空间解析几何的问题，尤其是椭圆形封头的曲率是函数中的双曲线，推导其分瓣的每边上点的几何尺寸的公式极为繁琐，使用性受到很大的限制。但通过计算机中三维作图功能，切割出每种分瓣的立体模型，再通过作图软件中所带的测量功能将所需的几何尺寸直接测出，由于作图软件的尺寸精度可以控制，因此可将测量结果的精度控制在需要的范围内，并可对整个工艺过程编程，使其操作简便。划线的方法主要根据三点可以确定一条曲线的原理，首先在分片上确定出切割点，切割点一般选择两个端点和中点，同时划出与之对应的三个检查点，避免切割错误和几何尺寸的测量、检查。切割工装模具根据分瓣板边的特征分为经向和纬向切割轨道，切割时，将曲率合格的料片凹面朝上放在专用平台上，然后用轨道对准切割点切割，使用双割炬一次切割出双面坡口。

高强度钢在冷压工艺中出现的问题及解决方案

高强度钢在冷压球片过程中会出现中心部位减薄严重、边缘部位减薄小、钢板出现冷作硬化、表面应力集中等现象，经过查找资料和进行试验，掌握坯料的减薄规律，将板厚作为Y轴，半径为X轴，减薄曲线为X2=-2.66×105（Y-4.8）。加工坯料时，可按此曲线规律将坯料加工出曲线，即将坯料减薄区域预留等于减薄量的厚度，将坯料增厚区域除去增厚量的厚度。为了消除应力可预先采用低温退火热处理的工艺措施。成形过程压力控制范围：预压时，中心打鼓压力为14～20MPa；整形时，中心打鼓压力为14～16MPa。

工程实例

我单位通过应用此分片冷压工艺已经在2008年成功承担了张家港沙钢中区改造高炉主体及热风炉工程（直径11m，厚度38mm，材质SB450M)三套高炉，2012年承担印度塔塔钢铁公司热风炉、混风炉项目（热风炉直径9140mm，混风炉直径5600mm，炉壳主体材质为A516Gr70，主要厚度为：55mm、50mm、45mm、40mm） 三套。通过我单位对高炉产品的制作，经本单位、用户单位、监理单位联合检查，以及施工单位的施工效果，上述工程均一次检验合格，工程顺利交工。

结束语

在当前各个企业千方百计降低生产成本、人力资源成本居高不下，世界能源紧缺的情况下，分片冷压工艺更具经济价值和社会效益，对贯彻国家节能减排意义重大，值得生产厂家与用户在制造过程中推广与使用。

为了更好地满足用户的以上要求，一切为用户着想，我们根据本厂设备和模具情况，将大型球罐中球壳板压制工艺和封头压制工艺相结合，采用计算机控制压制件的每一步的几何尺寸，在加工过程中采用工程测量的先进手段和专用切割工装，最终得到满意的产品。