薄壁铝合金封头冲压成形的加工工艺

蒋健 王初荣

摘 要：铝合金封头是石油化工，原子能，食品制药等诸多行业压力容器设备中不可缺少的重要部件，是压力容器上的端盖是压力容器的一个主要承压部件。铝合金封头的质量直接关系到压力容器的长期可靠安全运行。文章主要对客户来料加工制作的薄壁铝合金封头，浅谈薄壁铝合金封头的冲压加工工艺过程。

关键词：铝合金封头；冲压；垫板

现我公司按客户要求来料制作铝合金封头EHA2000mm、数量2个、材质5052、投料板厚5mm、成形后最小板厚4.3mm、直边高度25mm、外周长6315（-3～+6）mm、成形后消应力退火、制造标准GB/T25198-2010[2]。

1 铝合金封头的加工方法

冲压：适应大批量生产，需制作相应模具，但成形质量好，材料减薄少，实际成形形状和理论要求形状误差较少，尤其适用封头容器内部需安装其他部件的加工工艺。

2 铝合金封头的加工设备

（1）加热设备：电炉，铝合金封头的加热多采用电炉，加热电炉要求保温性能良好，升温降温可控，炉膛内气氛呈弱氧化性，炉膛内各部位温度均匀，而且电炉应定期校核，保证炉膛内各部位实测温差在设计范围内，加热电炉应配置自动控温测温装置和温度记录仪。

（2）压机：双向油压机，按客户要求铝合金封头EHA2000*5（4.3）=2 H=25材质5052由于封头直径大，壁薄，成形时极易产生鼓包和减薄，为保证封头形状和成形后封头最小板厚制作此封头是必须采用垫板，垫板厚度10mm。如图1所示。

5052材料化学成分和机械性能，如表1所示。

3 加工工艺

铝板整形、焊缝打磨、PT[6]+清洗、铝板热处理+垫板抛光、加垫板予冲+成形+清洗、热处理+坡口、研磨坡口+清洗+检验、入库。

根据制作工艺要求此规格铝合金封头要求圆片下料直径2380，通常下料的板材标准宽度只有1500，由于宽度不够，需要下2块料，最后进行拼接（客户焊接）。在板料焊接后，若铝合金圆片不平整就进行压制，压制时会出现很多不稳定因素，尤其在焊缝角变形位置容易产生材料失稳产生鼓包，所以铝合金圆片有焊接角变形需先把铝合金圆片修整水平。为消除材料焊接表面缺陷和消除影响冲压制作的焊缝余高，焊缝需打磨处理并PT，先用粗砂轮打磨，尽快去除焊缝余高，再用80目砂轮抛光为做PT做准备，注意焊缝须双面打磨且不能低于母材，打磨、抛光完成后，在焊缝位置做PT，发现有不合格位置须进行修补，直至合格，修补位置也须重新打磨后抛光，若铝合金圆片上有划伤也须进行抛光处理。

焊接圆片因焊缝位置材料力学性能不均匀且留有焊接应力，冲压制作时在焊缝位置极易产生鼓包甚至焊缝开裂，为消除焊缝材料力学性能不均匀性和焊接应力的影响，需在冲压前对铝合金圆片进行消应力热处理，铝合金材料的热处理前必须用工业洗洁精清洗干净，防止材料表面污物在热处理高温状态时污染材料表面甚至影响材料性能，而且热处理时必须采用电炉加热（升温速度<150℃/小时、加热温度340℃～360℃、保温25分钟、后随炉冷却）。

按以前成熟冲压工艺，冲压EHA2000*10碳钢封头，板厚减薄率大概在11%左右。此规格封头，板厚/直径=5/2000、减薄率=（5-4.3）/5=0.14属于薄壁铝合金封头，且板厚要求较高，在制作过程中为防止材料失稳产生鼓包需增加压边力，这样材料延伸就会增加封头最小板厚就无法保证，如果成形后最小板厚达不到要求，就会直接导致产品报废，所以在制作过程中要采用垫板（垫板板厚=10mm、垫板尺寸和铝合金圆片一样大），垫板采用普通碳钢材料，在压制过程中铝合金板料上面有上模压住，下面有垫板垫着铝合金板料就不会失稳。为防止普通碳钢板料表面缺陷对铝合金板料表面质量的影响，与铝合金板料接触的碳钢板料面需进行抛光处理，抛光时碳钢板料表面缺陷须充分清除干净。同时采用予冲压方式，予冲压时选用标准上模和小号下模成形封头大圆弧（垫板和铝合金圆片一起成形），再换下模和成形封头小圆弧，最后取出封头垫板用合适下模最终成形铝合金封头。在冲压成形过程中，工件的拿放都采用真空吸盘，防止在制作过程中产生划伤。冲压成形过程中压边力参照成形碳钢EHA2000*10的压边参数，主缸控制下压行程，时刻注意压制情况，不能在予成形过程中因主缸压力过大，下压深度太深在封头小圆弧位置留下压痕。成形完铝合金封头后，选用适配模具修整垫板封头，到合格尺寸，留作库存。铝合金封头成形后进行消应力热处理，热处理前需用工业洗洁精把封头表面油污清洗干净，热处理工艺同上。最后铝合金封头按客户高度要求坡口、研磨坡口至客户要求尺寸，用工业洗洁精清洗铝合金封头，晾干后检查所有尺寸并做好记录保存铝合金封头入库。

根据九州封头锻造有限公司的实际制作证明，采用上述冲压工艺成形的薄壁铝合金封头，所有尺寸都达到了客户要求，尤其是封头形状和最小板厚的控制更大大优于客户的设计要求。

参考文献

[1]GB150-2011.压力容器[S].

[2]GB/T25198-2010.压力容器封头[S].

[3]JB/T4724-2002.铝制焊接容器[S].

[4]TSG R0004-2009.固定式压力容器技术监察规程[S].

[5]TSG R0004-2009.固定式压力容器技术监察规程[S].

[6]JB/T4730.5.承压设备无损检测第5部分：渗透检测[S].

作者简介：蒋健：男（1975，4-），汉族，籍贯：江苏无锡，现助理工程师，大专学历。

王初荣（1987，3-），男，汉族，籍贯：江苏无锡，现助理工程师，本科学历。