加氫反應(yīng)器尺寸設(shè)計

1、3.2 上封頭加工計算 橢圓形封頭的展開計算橢圓形封頭屬于不可展零件，但在生產(chǎn)中沖壓加工或旋壓加工時毛坯料都為圓形，所以只需要求出展開后的半徑或直徑即可。 這里我們應(yīng)用經(jīng)驗法求橢圓形封頭的直徑：Do=KDm+2h 式中Do為包括了加工余量的展開直徑;K為經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)a/b確定。查表6-20取K=1.42 Do=2100mm號料.1 加工余量因為采用經(jīng)驗法，所以Do中包括了加工余量。.2 焊縫變形量采用V形坡口對接接頭，壁厚為3+3.5，查表6-26取收縮量為1.3-1.4mm 焊縫 由于鋼板尺寸的限制，展開零件必須焊接時，拼接焊縫應(yīng)滿足以下要求：封頭，管板的拼接焊縫數(shù)量，公稱直徑Dg不大于2

2、200mm時，拼接焊縫不多于1條。 封頭各種不相交的拼接焊縫中心線間距至少應(yīng)為封頭鋼材厚度的3倍，且不小于100mm。3.3 上封頭的成形加工 冷熱沖壓條件 按沖壓前毛坯是否線預(yù)先加熱分為冷沖壓和熱沖壓，其選擇的主要依據(jù)如下：3.3.1.1材料的性能。 對于常溫下塑性好的材料，可采用冷沖壓；對于熱塑性較好的材料，可以采用熱沖壓。3.3.1.2 依據(jù)毛坯的厚度與毛坯料直徑之比來選擇冷，熱沖壓。沖壓狀態(tài)碳素鋼，低合金鋼合金鋼，不銹鋼冷沖壓/Do1000.5/Do1000.7熱沖壓/Do1000.5/Do1000.7 表四 封頭冷，熱沖壓與相對厚度的關(guān)系 78+6.5/4200 100 0.7 所以

3、選擇熱沖壓。3.3.1.3 毛坯熱沖壓的加熱過程從降低沖壓力和有利于鋼板變形考慮，加熱溫度可高些。但溫度過高會使鋼板的晶粒顯著長大，甚至形成過熱組織，使鋼材的塑性和韌性降低。嚴重時會產(chǎn)生過燒組織，毛坯沖壓可能發(fā)生碎裂。根據(jù)所選材料為15CrMoR，查表7-7，取加熱溫度：1050 終壓額度：850沖壓后的熱處理溫度：870-900 沖壓加工常用的潤滑劑 查表7-8，潤滑劑選取 石墨粉+水 沖壓過程：將封頭毛坯對中放在下模上，然后開動水壓機使活動橫梁空程向下，當壓邊圈與毛坯接觸后，開動壓邊鋼將毛坯的邊緣壓緊。接著上模空程下降，當與毛坯接觸時，開動主缸使上模向下沖壓，對毛坯進行拉伸，至毛坯完全通過

4、下模后，封頭便沖壓成形。對后開動提升缸和回程缸，將上模和壓邊圈向上提起，與此同時用脫模裝置將包在上模上的封頭脫下，并將封頭從下模支座下取出，沖壓過程即告結(jié)束。 沖壓的應(yīng)力和變形 徑向應(yīng)力分析r =(s ln Do/Dm +2Q/Dm)(1+1.6)+ s/2r+式中 s 沖壓溫度下鋼板的屈服極限，MPa Do 毛坯的瞬時外徑，可以近似等于毛坯外徑，mm Dm 封頭中性層處直徑，mm 摩擦系數(shù)，鋼板在熱變形時=0.30.4，冷變形時=0.180.2 Q 壓邊力，N 鋼板厚度，mm r 下模圓角半徑，mm 切向應(yīng)力分析根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)分析，沖壓封頭時將產(chǎn)生切向應(yīng)力，其計算公式如下： t = s (1l

5、n Do/Dx)式中 s 鋼材的屈服極限，MPa Do 毛坯外徑，mm Dx 計算切向應(yīng)力作用點X處的毛坯外徑，mm 壓邊條件采用壓邊圈使毛坯料只能在壓邊圈和下模之間移動，可以防止折皺的產(chǎn)生，而且在由壓邊圈產(chǎn)生的摩擦力作用下增加了經(jīng)向拉力，也有利于防止封頭鼓包的產(chǎn)生。壓邊圈的條件主要取決于Do,Dn與的關(guān)系。對于橢圓形封頭熱沖壓采用壓邊圈的條件為：Do Dn (1820) 式中 Dn 封頭內(nèi)徑，mm.1筒體的展開計算a.已知筒體高度H、公稱直徑Dg、中性層直徑Dm、壁厚，計算時以中性層為基準。b.分析確定零件展開后圖形的形狀及所求的幾何參數(shù)，圓柱形筒體展開后為矩形，所求的幾何參數(shù)分別為長和寬。

6、則 L=Dm=（Dg+）； h=Hc.筒體公稱直徑Dg表（JB1152-82）,Dg選取4000 L=（4000+101）=12877 H=3854.2.號料 a.加工余量筒節(jié)卷制伸長量冷卷伸長量較小，通常忽略，約78焊縫收縮量對接接頭雙邊焊，34焊縫坡口間隙單U型坡口，23邊緣機加工雙邊余量根據(jù)加工長度，查表10切割余量鋼板切割加工，查表14劃線公差保證產(chǎn)品符合國家制造標準，取1展開尺寸12868b.劃線技術(shù)要求實際用料線尺寸=展開尺寸-卷制伸長量+焊縫收縮量-焊縫坡口間隙+邊緣加工余量 =12877-7+3-2+10=12880切割下料線尺寸=實際用料尺寸+切割余量+劃線公差 =12880

7、+14+1=12895。c.合理排料排料必須符合國家標準規(guī)定，充分利用原材料。在鋼板上劃線下料，規(guī)格L=128951945，128951935，并號試板一對600120101.3.筒節(jié)彎卷的設(shè)計和計算1）直邊預(yù)彎1 X$ ?# + Q# i/ j# G$ x: h! ( U 預(yù)彎是筒節(jié)成型的一個關(guān)鍵工序，制造完成預(yù)彎模具后將下料鋼板放在油壓機上進行預(yù)彎工序。為了保證預(yù)彎曲率的一致性，在鋼板兩端進行每隔50mm劃線工作，每次壓機的下壓點均落在線上，而且保證每次的壓力大小均等。預(yù)彎成型后預(yù)制樣板進行檢查，間隙保證小于0.5m 2）筒節(jié)彎卷的回彈估算彎卷鋼板在輥子壓力下既有塑性彎曲，又有彈性彎曲，故

8、鋼板卸載后，會有一定的彈性回復(fù)，即回彈。筒節(jié)在熱彎卷時，回彈量很小，不予考慮。但是，在熱彎卷時，回彈量較大，鋼材的強度越大，回彈量越大。為了盡量控制回彈量，冷彎卷時要過卷。同時，在最終成行前進行一次退火處理。a.冷卷回彈量的計算 筒節(jié)回彈前的內(nèi)徑Dn1可按下式估算： Dn1=（1- 2Kos/E）Dn/1+K1SDn1/E b.過卷量l可按下式計算： l=（Dn-Dn1）/2 式中 Dn筒節(jié)內(nèi)徑，4000mm s 鋼材屈服極限，MPa E鋼材彈性模量，MPa K1鋼板界面形狀系數(shù)，矩形K1=1.5 鋼板厚度，98mm Ko鋼材相對強化模數(shù)，15CrMoR鋼材的Ko=5.8查閱標準，得s=275

9、MPa，E=200GPa.根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)，筒節(jié)回彈前的內(nèi)徑Dn1=（1-25.8275）0.000005/（1+1.5275Dn1）200000984000 得Dn1=3664.1 mm過卷量l=（Dn-Dn1）/2=3.14(4000-3664.1)/2 =527.5 mm3）筒節(jié)彎卷成形預(yù)彎工序結(jié)束后即采用對稱式三輥卷板機進行筒節(jié)的成型工序。為保證卷圓的質(zhì)量及橢圓度指標，按照工藝要求規(guī)定卷板機下壓成型的次數(shù)在6次以上，保證橢圓度在5mm以內(nèi)。5.2 下球形封頭的展開計算：由于球形封頭屬于不可展的零件，但生產(chǎn)中沖壓加工或旋壓加工是毛坯料展開后的圖形都為圓形，所以只需要求出展開后的半徑或直徑即可

10、 采用經(jīng)驗法進行計算 Do=KDm+2h （一） Do為包括了加工余量的展開直徑；K為經(jīng)驗系數(shù) Dm 中性層直徑 h 封頭的直邊高經(jīng)查表，由球形封頭a：b=1，所以K取1.42由總圖可知，Dm=2X(2022+78/2)=4122 h=0 ,因此Do=1.42X4122=5853.24mm5.3號料：由標準鋼板的規(guī)格限制以及展開計算可以得知，需要兩塊鋼板， 因此采用拼焊縫技術(shù)。焊縫坡口的選擇：由主材為15CrMoR，以及標準抗拉強度，因此采用冷加工方法加工坡口，由鋼板的厚度比較大，考慮材料的成本以及毛坯直徑過大，應(yīng)采用單面外向的坡口。5.5 熱成形： 沖壓條件 由/Do100=78/5853.

11、24X1000.7，所以采用熱沖壓成型毛坯熱沖壓的加熱溫度的選擇 從降低沖壓力和有利于鋼板變形考慮，加熱溫度可高些，但是溫度過高會使鋼材的晶粒顯著成長，甚至形成過熱組織，是鋼材的塑性和韌性降低，嚴重時會產(chǎn)生過燒組織，毛坯沖壓可能發(fā)生碎裂，因此合理選擇加熱溫度是很有必要的按照常用封頭材料的加熱規(guī)范表可以得知入下表所示封頭熱成形加熱裝爐溫度加熱速度/H加熱溫度均熱后保溫時間冷卻方式850200950+/-2030分鐘出爐沖壓5.6 壓邊條件的計算：采用壓邊圈是毛坯料只能在壓邊圈與下模之間滑動，可以防止折皺的產(chǎn)生，而且在有壓邊圈產(chǎn)生的摩擦力作用下，增加了經(jīng)向拉應(yīng)力，也有利于防止封頭鼓包的嘗試。因此，

12、確定在什么條件下需要采用壓邊圈是關(guān)系到封頭質(zhì)量好壞的重要因素。采用壓邊圈的條件主要決定與Do，Dn，與的關(guān)系條件如下公式 DoDn（1415） Do： 毛坯內(nèi)徑，mm； Dn： 封頭內(nèi)徑，mm ；： 鋼板厚度，mm DoDn=5853.242022X2=1809.24（1415）X78=（10921170）mm 因此需采用壓邊圈5.7 沖壓模具的設(shè)計計算 上模（沖頭）起結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)入下圖。在實際沖壓中，以內(nèi)徑為準的封頭，上模設(shè)計應(yīng)考慮同以直徑幾種相鄰壁厚封頭的通用性。計算公式如下：上模直徑:Dsm=Dn（1）（mm）=t100線脹系數(shù) t為沖壓結(jié)束溫度與室溫之差收縮率或回彈率的經(jīng)驗值Do/m

13、m6007001000110018002000材料碳鋼不銹鋼鋁銅/0.50.60.60.70.70.80.80.9-（）0.30.40.40.70.10.150.150.2由表得出取0.9所以沖壓上模直徑Dsm= Dn（1）=2022（10.9）=3841.8mm上模曲面高度Hsm:Hsm=hn（1 由圖紙知道hn=1372mm所以Hsm=1372（10.9）=2606.8mm上模直邊高度Ho:Ho=hH1H2H3（mm） h，封頭直邊高度 ；H1，封頭高度修邊余量，一般取1540mm H2，卸料板厚度，一般為4080mm；H3，保險余量，一般為40100mm H1取40mm，H2取80mm

14、，H3取100mm 所以Ho=04080100=220mm上模上部直徑: 上模上部直徑一般比上模直徑大23mm 所以上模上部直徑取3844mm上模壁厚:由于本次沖壓機的噸位為3000噸所以沖壓壁厚取80mm下模的設(shè)計 為了適應(yīng)沖壓不同尺寸封頭及模具設(shè)計的通用性，下模的結(jié)構(gòu)常設(shè)計為下模和下模座。這樣在沖壓不同直徑封頭時，只需改變下模直徑Dxm即可，而下模座可以滿足一系列封頭沖壓的需要，方便了模具的更換，避免了設(shè)計、制造模具。因此設(shè)計合理的下模和下模座是很有用的，也是很方便的。 上下模之間的間隙a：對封頭成型質(zhì)量有直接影響。若a值越大，則使沖壓力減小，但易產(chǎn)生鼓包和褶皺，并影響封頭直徑尺寸;若a值

15、太小，則邊緣部分將產(chǎn)生很大的擠壓力和摩擦 力，使沖壓力增大，不僅耗費功率，而且還可能將封頭嚴重拉薄。因此，間隙a 應(yīng)考慮板厚，還應(yīng)考慮適當?shù)母郊又礪，即:a=Z 熱沖壓時Z=（0.10.2），冷沖壓Z=（0.20.3） 由于本封頭采用熱沖壓，所以Z取0.2=0.278=15.6mm； a=7815.6=93.6mm；下模內(nèi)徑Dxm： 下模內(nèi)徑Dxm=Dsm2am（mm）由互換性與技術(shù)測量查得公差等級為IT12，m取6.5mm，所以： Dxm=3841.81566.5=4004.3mm下模圓角半徑r ：沖壓毛坯時通過下模圓角時，除受拉應(yīng)力外，還受很大的彎曲應(yīng)力。若圓角太小，毛坯滑入下模拐彎太急，

16、彎曲應(yīng)力增大，并使沖壓力增大，毛坯受到嚴重拉薄和表面產(chǎn)生微裂紋；若圓角太大，則易產(chǎn)生褶皺和鼓包。因此，一般由經(jīng)驗選取。 由于本封頭采用壓邊圈，所以r=（23）（mm）下模直邊高度h1： h1=（4070）（mm） h1=70mm下模總高度h： h=（100250）（mm） h=250mm下模外徑D1：D1=Dxm（200400）（mm）D1=4004.3400=4404.3mm下模座：外徑D應(yīng)大于毛坯直徑Do；高度H=h+（60100）mm；下口內(nèi)徑D2應(yīng)比與之配套的最大壁厚封頭的下模內(nèi)徑Dxm大510mm。由于下封頭帶有出油口以及人孔等多個孔，因此在沖壓時采用預(yù)先在毛坯上割出人孔等預(yù)切橢圓，然后再熱態(tài)下進