卧式储罐下料制造工艺及夹具设计【说明书+CAD】
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卧式储罐下料制造工艺及夹具设计【说明书+CAD】,卧式,储罐下料,制造,工艺,夹具,设计,说明书,CAD
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卧式储罐下料制造工艺及夹具设计,装备10901班 陈玉琳 7号 2013.6.13,长江大学 毕业论文,主要内容,卧式储罐下料制造工艺,1,筒体焊接工艺设计,2,焊接滚轮架的设计,3,卧式储罐的结构分析及相关参数,由筒体、封头、支座、接管、安全附件等组成 参数有：材料为16MnR， 筒体公称直径Dg=1800mm， 长度L=4600mm，壁厚=8mm 采用标准椭圆形封头,卧式储罐下料制造工艺,1 材料的进厂入库检测 储罐结构材料16MnR，按技术要求符合GB6654-1996压力容器用钢板中的规定。 2 钢材的预处理 净化处理：运用特定的方法或设备祛除表面的油污、铁锈、杂质、氧化皮等。本钢板净化处理选抛丸法。利用抛丸机械除锈的先进大型设备，钢材经此处理，并经喷保护底漆，烘干处理等工序后，既可保护钢材在生产和使用过程中不再生锈，又不影响机械加工和焊接质量。 矫形：矫形是利用材料的塑性变形能力，在力的作用下，使工件得到正确形状的过程。本设计采用九辊矫板机进行机械矫形。,卧式储罐下料制造工艺,九辊矫板机矫平钢板，是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间，在辊子压力的作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀的拉长，使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。,九辊矫板机参数表,3 筒节的下料,Text,卧式储罐下料制造工艺,筒节实际用料线尺寸按下式计算： l=Dm-l=(Dg+)-l1+l2-l3+l4 筒节切割下料线尺寸按下式计算： L=l+l5,Dm筒节中性层直径，mm；Dg筒节内径（公称直径），mm；板厚，mm；l1钢板卷制伸长量，mm；l2钢板焊缝收缩量，mm；l3焊缝坡口间隙, mm；l4边缘加工余量，mm；l5切割余量，mm；公差要求，mm。,卧式储罐下料制造工艺,单个筒节实际用料线尺寸按下式计算： l=Dm/2-l=(Dg+)/2-l1+l2-l3+l4 =5680/2-0+2-0+10=2852mm； h=H筒/3-h= H筒/3-h1+h2-h3+h4 =1534-0+2-0+6=1542mm,筒体展开后形状尺寸长为（1800+8）=5680mm，宽为4600mm。由于整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成，而单个筒节是由2个半圆筒对接焊接而成，故每个筒节展开后形状尺寸长为2840mm，宽为1534mm。,卧式储罐下料制造工艺,单个筒节切割下料线尺寸： L= l+l5 =2852+53=28573mm； H= h+h5 =1542+51=15471mm,筒节下料单个钢板的具体尺寸为（长宽厚）为285715478mm。筒节钢板的下料选择机械剪切下料。,卧式储罐下料制造工艺,4 筒体的卷制成形 根据钢板的材质，厚度弯曲半径，卷板机的形式和能力，在实际弯卷过程中分为冷卷和热卷。通常对厚度小于60mm的钢板可采用冷卷；本次设计的容器筒体钢板厚度为8mm，因此选择冷卷。卷板机型号为：CDW11-(数控上调式)25x4000。,表对称式三辊卷板机CDWI1的参数,卷板机可卷制的最小圆筒直径Dmin根据 Dmin=d1+(0.150.20)d1= 550+（0.150.20）550 =（632.5660）mm1800mm 故可知所选卷板机满足要求。,卧式储罐下料制造工艺,5 封头的下料 采用标准椭圆形封头，其公称直径Dg=1800mm，壁厚=8mm。故封头曲面深度hg=450mm，直边高度h=25mm，中性层处直径Dm=Dg+=1800+8=1808mm，其下料尺寸： D0=1.19Dm+2h+3=1.191808+225+38=2226mm 封头由于其尺寸较大，且其形状为圆形，所以对封头的切割选择火焰切割。,卧式储罐下料制造工艺,6 封头的冲压成形,冲压成型就是用水压机或油压机借助冲模把毛坯冲压成所需形状，其成型质量好，生产效率高适用于批量生产。 封头冷、热冲压与相对厚度的关系 由于毛坯材料为16MnR，低合金钢，相对厚度= /D0100=（8/2226）100=0.360.5，故本设计采用冲压成型冷冲压。,筒体的焊接工艺设计,1 焊前准备 （1）焊接坡口面及其两侧母材表面的油污、铁锈、氧化皮和其他影响焊接质量的杂质，焊前应清理干净，焊前清理能够有效的防止焊接过程中产生气孔、夹杂等焊接缺陷的形成。 （2）在多雨、潮湿季节，对于需要预热的碳钢和低合金钢焊件，应用火焰加热炬将焊接区预热至4050，以清除母材表面的吸附水。 （3）药皮焊条和焊剂应按企业焊材管理制度的规定烘干及保温，焊丝表面的油污和锈斑应清理干净。 （4）焊工在焊接前应辨认所领用的焊材牌号和规格是否符合相应焊接工艺规程的规定。 （5）焊工应检查所用的焊接设备性能是否处于完好的状态，仪表指示是否准确。,筒体的焊接工艺设计,2 筒节坡口加工与焊接 2.1 筒节焊接坡口的选择 简体的纵缝的焊接采用埋弧自动焊，埋弧自动焊最大一次熔透深度为1214mm，根据埋弧焊坡口加工要求其坡口形式为I形坡口。 2.2 焊接方法的选择 筒节钢板的壁厚为8mm，为了确保焊接质量和提高焊接效率，筒节纵、环焊缝的焊接均选择埋弧焊自动焊作为的焊接方法。 埋弧焊具有以下优点： (1)焊接效率高 (2)焊缝质量优异； (3)接头坡口制备简易； (4)改善焊接环境；,筒体的焊接工艺设计,2.3 焊接材料的选择 本次毕业设计焊接材料的选用指焊丝、焊剂的选用。焊丝与焊剂是各自独立的焊接材料。 埋弧焊所用的焊丝有实心和药芯两类。后者只在某些特殊的工艺场合应用。生产中普遍使用的是实心焊丝。 焊接直径的选择依用途而定。自动埋弧焊一般使用直径3-6mm的焊丝，以充分发挥埋弧焊的大电流和高熔敷率的优点。埋弧焊时各种直径的普通钢焊丝使用的电流如表所示。,各种直径普通钢焊丝埋弧焊使用的电流范围,筒体的焊接工艺设计,因为本设计中受压部件用的是普通低合碳钢16MnR，它的碳含量较低，故无淬硬倾向，焊接性良好。焊接时不必采取特殊的工艺措施。由于厚20mm以下的16Mn钢板，且不开坡口，埋弧焊选用H08MnA焊丝。 对应的选用焊剂为SJ101，由过程装备制造与检测表5-18可知，其焊剂颗粒度为0.32mm。,筒体的焊接工艺设计,2.4 焊接设备 自动埋弧焊机的选择为MZ-1000型埋弧焊机。 自动埋弧焊机MZ-1000的技术规格,筒体的焊接工艺设计,焊接圆筒件的内、外焊缝还需借助于轮胎或滚轮架等辅助设备。焊件的装配不仅要求组件的尺寸与配合符合设计图样的要求，而且要保证接头的装配及定位焊缝的质量符合工艺规范的要求。对于筒节的焊接，可将卷制好的板材放置在滚轮架上，并与其他夹具相配合以保证结构的精度。 本设计将重点研究焊接滚轮架的设计。,筒体的焊接工艺设计,2.5 焊接规范的选择 影响埋弧焊焊接质量的主要参数有：焊接电流、电弧电压、焊接速度、电流种类等。 根据板厚和所开坡口形式，对于本次设计： 卧式储罐筒体纵缝埋弧自动焊的焊接工艺参数为：焊接电流600640A，电弧电压35V, 焊接速度37.5m/h，电流种类为直流电； 卧式储罐筒体环缝埋弧自动焊的焊接工艺参数为：焊接电流650700A，电弧电压38V, 焊接速度32m/h，电流种类为直流电。 根据母材成分和焊缝等强原则，埋弧焊所选用的焊丝牌号为：H08MnA 焊剂牌号为：SJ101，焊丝直径为5mm。 焊接采用埋弧自动焊，焊机型号（MZ-1000）按技术要求中对焊接工艺要求施焊，并进行焊后热处理。,最终参数确定如下,筒体环缝埋弧自动焊焊接参数,筒体纵缝埋弧自动焊焊接参数,筒体的焊接工艺设计,3 焊后热处理 由于该卧式储罐筒体为冷成形，且圆筒钢材厚度=8mm圆筒内径Dg3=18003=54mm。根据中国GB 150-98钢制压力容器中提到的相关要求可知该筒体焊接后可不进行热处理。,筒体的焊接工艺设计,4 焊件的质量检测,5 焊接结构的涂装和发运,焊接夹具设计,1 方案的选择和确定 设计参数 本次毕业设计焊接夹具为焊接滚轮架 筒体材料：16MnR 筒体公称直径：Dg=1800mm 筒体长度：L=4600mm 筒体壁厚：=8mm 环向焊接的焊接速度：32r/min 加工能力：100件/年 由以上参数可计算筒体质量： m=DgL=1.84.6810-37.85103 kg =1634 kg 单个筒节下料钢板的具体尺寸为（长宽厚）为 285715478mm。,焊接夹具设计,本次毕业设计为长轴式焊接滚轮架，其草图结构如下： 长轴式滚轮架，主动滚轮装置一端有电动机驱动，从动轮装在另一公共轴，且主动轮与从动轮数目相同。滚轮中心距一般是可调节，适用于焊接薄壁、长度大的筒形工件。,1-电动机 2-联轴器 3-减速器 4-齿轮对 5-轴承 6-主动滚轮 7-公共轴 8-从动滚轮,焊接夹具设计,2 焊接滚轮架滚轮的设计计算 2.1 焊接滚轮架滚轮的直径的确定 由工作参数筒体公称直径：Dg=1800mm，筒体质量：m=1634 kg以及焊接滚轮架行业标准（JB/T9187-1999）中规定可确定滚轮直径：Dr=450mm；额定载质量：6000kg；焊接的直径范围：3102500mm。,焊接夹具设计,2.2 焊接滚轮架滚轮的速度 由于筒节间环缝埋弧自动焊的焊接速度为32m/h，而筒体的焊接为筒体做圆周运动，焊枪不动，又M2-1000型自动焊机的焊接速度范围为25117cm/min=1570.2m/h，故滚轮的速度取1570m/h。 由焊接滚轮架行业标准（JB/T9187-1999）中规定，滚轮的圆周速度应满足焊接工艺要求，在660m/h范围内无级调速；速度波动量按不同的焊接工艺要求，要低于510，滚轮转速应稳定、均匀，不允许有爬行现象。,焊接夹具设计,当中心角130时支反力和圆周力急剧增大，相反，当中心角角太小时，滚轮架上的筒体焊件放置有可能不稳定。 我国制定的焊接滚轮架行业标准（JB/T9187-1999）中规定： 中心角：45110 滚轮的转速： n = = =（0.1770.826）r/min 当V=32m/h时 n = =（1000 32/450 ）/60 =0.377 r/min,式中： Dr滚轮直径，mm ； V滚轮的圆周速度，m/h 。,焊接夹具设计,2.3 焊接滚轮架滚轮中心距的调节 为了焊接不同直径的焊件，焊接滚轮架的滚轮间距应该能够调节。本次设计采用非自调式滚轮架。 非自调式焊接滚轮架根据工件直径大小不同，移动滚轮组，调节滚轮中心距。非自调式焊接滚轮架结构形式如图所示。,焊接夹具设计,中心角：45110，由三角关系可知，中心距： L=（D+Dr） 当D=310mm时， L=（310+450） =291mm L=（310+450） =623mm 当D=250mm时， L=（2500+450） =1129mm L=（2500+450） =2416mm 根据以上计算，两滚轮间中心距的调节范围选定为： 500mm1200mm。 由于卧式储罐筒体公称直径Dg=1800mm ，则： L=（1800+450） =861mm L=（1800+450） =1843mm 故焊接本次设计卧式储罐筒体时，中心距可设置为1000mm。,焊接夹具设计,2.4 偏心系数的确定 本次毕业设计焊接为均匀的筒形焊件，其偏心距e=0，则偏心系数=0。,焊接夹具设计,2.5 焊接滚轮架滚轮结构 焊接滚轮架的滚轮结构主要有钢轮、橡胶轮、组合轮、履带轮四 。由于筒体量m=1634kg 10t，所以选用橡胶轮结构。,焊接夹具设计,3 焊接滚轮架的计算与校核 3.1 驱动圆周力和摩擦力及支反力的计算 如图所示为典型滚轮架焊件的受力简图，图中1为焊件，2为一列主动滚轮，3为一列从动滚轮。当重量为G、其偏心距e=0的筒体焊件1静置在主、从动滚轮座上时，则主、从动滚轮上的支反力相等，即 Ff = =,中心角； D焊件直径； Dr滚轮直径； L主、从动滚轮之间的横 向距离；,焊接夹具设计,由于e=0，有F1 = F2 = 其中b=,dr滚轮轴径； f滚轮与滚轮轴的摩擦因素。本设计中采用圆锥滚子轴承，故取f=0.02 滚轮与焊件表面之间的滚动摩擦因素（钢轮=0.60.8mm，橡胶轮=02.53.5mm）。本设计滚轮采用橡胶轮，故取=3mm； 预取滚轮轴径dr=60mm，则： b = 450/(0.0260+23) = 62.5,焊接夹具设计,焊接滚轮架额定载质量为6000kg，故： G=60009.8=5.88104,当=45时 F1 = F2 = =509N 当=110时 F1 = F2 = =840N,焊接夹具设计,架在滚轮座上的筒体转动时，驱动力F1和反力F2将使支反力Ff1、Ff2发生变化。,Ff1 = Ff2 =,Ff1 = Ff2 =,焊接夹具设计,当=45时 Ff1 = Ff2 = = 当=45时 Ff1 = Ff2 = =,= 32035N,= 52461N,焊接夹具设计,通过比较上述两组计算结果，可发现当=110时的计算结果较大，故后续计算应采用=110时的计算结果进行计算。 即=110时， F1 = F2 = 840N； Ff1 = Ff2 =52461N。,焊接夹具设计,3.2 滚轮轴上的载荷的计算,当已知滚轮架上驱动圆周力和支反力后，每个滚轮和轴径上的计算载荷为 P1 = P2 =,P1作用在一个主动轮上的载荷； P2作用在一个从动轮上的载荷； ip 同一列上滚轮座数量；本设计中，长轴式焊接滚轮架ip=4； Kp荷载作用不均匀系数，当ip =2时，Kp=1；当ip3时,Kp=1.21.3。本设计中由于ip=4，故取Kp=1.2.,焊接夹具设计,故本毕业设计中滚轮和轴径上的计算载荷为： P1 = = =15740N P1 = = =15740N,焊接夹具设计,3.3 滚轮轴径的计算 预取滚轮轴径dr=60mm。 设主动滚轮轴上两轴承中点间的距离L=130mm，则在P1的作用下，主动滚轮轴的弯曲力矩为 M = = = 5.1155105 Nmm 由于是独立驱动的主动滚轮，所以每一轮轴所承受的扭矩为,焊接夹具设计,主动滚轮所受的当量弯矩 Mxd = = 105 = 6.836105 Nmm,=,= 4.5346105 Nmm,焊接夹具设计,主动滚轮轴的计算直径 d = =,该主动滚轮轴采用45钢制造，查机械设计P362，其许用弯曲应力 =5500N/cm2 = 55 MPa。则计算可得 d = 49.9mm 考虑到键槽对轴的消弱，应对计算出的轴径作适当的放大。 dr=60mm49.9mm，故预取滚轮轴径dr=60mm合理。 通常，为了制造和维修的方便，也为了滚轮的统一，常将主、从动滚轮的轴径取同一数值。即本次设计主、从动滚轮的轴径均取60mm。,焊接夹具设计,3.4 附着力验算,为了保证焊件在主动滚轮上不打滑，焊件在滚轮上的附着力Kf（滑动摩擦力）应满足 Kf = 3,焊接在滚轮上的附着系数，即滑动摩擦因素，对于橡胶轮 = 0.30.4。本次设计取 =0.3。,故实际附着力满 足设计要求。,4 焊接滚轮架的电动机驱动功率的确定及型号选择 焊接滚轮架的电动机驱动功率的确定 焊接滚轮架的电动机驱动功率： N每个主动滚轮电动机驱动功率，kw； Mn主动滚轮轴的传递转矩，Nm； n主动滚轮的转速，即许用最高转速，r/min； 传动机构总效率，本毕业设计有一集蜗杆传动，故=0.4。 = = 0.098kw,焊接夹具设计,焊接夹具设计,焊接滚轮架的电动机驱型号的确定 上面计算的电动机功率为0.098kw，但根据目前厂家生产的焊接滚轮架的实际产品。电动机功率应进行放大。 1990年颁布了焊接滚轮架的行业标准（GB/T9187-1999）中规定了不同吨位的焊接滚轮架
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