零件的加工工艺⑧成形板材的压延可研报告

3.3.4

板材的压延本讲内容提要：在封头压延工艺过程中，决定封头压延次数的因素是什么？影响封头壁厚变化的因素有哪些？如何计算封头的坯料尺寸？封头冲压时，压延力的计算。封头压延成形模具的设计要求有哪些？封头压延成形模具的设计参数有哪些？封头压延成形缺陷及控制方法。3.3.4

板材的压延压延也称拉延或拉深，是利用具有一定半径的模具，将已下料得到的平板坯料制成各种形状的开口空心零件冲压工序。压延可以在普通的压力机或专用压延压力机或液压机上进行。压延所用模具与冲裁模不同，其凸、凹模没有锋利的刃口，而其工作部分都具有较大的半径，并且凸、凹模之间的间隙一般大于板料厚度

δ。3.3.4

板材的压延压延工序加工零件的尺寸范围可以从直径几毫米到2～3m，厚度为0.2～300mm。用压延工序可以制成筒形、锥形、球形、方盒形和其他形状不规则形状的零件。虽然各种零件的冲压过程都叫压延，但由于几何形状的特点不同，故其在确定压延的工艺参数、工序数目及工艺顺序方面都不一样。本节以整体封头的成形过程来介绍压延的基本原理。3.3.4

板材的压延封头是锅炉、压力容器、炼油和化工设备等受压容器上的重要构件。封头按其形状可分为平底封

头、碟形封头、椭圆形封头及球形封头等。㈠封头的压延工艺过程封头冲压过程中，板料的变形很大。对于壁厚或冲压深度过大的封头，若在冷态下冲压，不仅需要较大功率的压力机，而且会使成形后的封头产生严重的冷作硬化，甚至形成裂纹。为保证封头的质

量，多采用热冲压。3.3.4

板材的压延1.压延成形过程整体封头的压延如图3-82所示。先将工件加热到适当温度，然后将其放置在下模上，并对准中心；放下压边圈，将坯料压紧到合适程度，以保证冲压时使坯料各处能均匀变形，防止封头产生波纹和皱折。开动压力机加压，使坯料逐渐变形，并落入下模。上提起模，使封头与凸模脱离。3.3.4

板材的压延说明：★由于成形后的封头在温度降低后会产生收缩，加之凸模受热后又稍有膨胀，因而封头被紧紧地裹在凸模上。为解决这个问题，除严格控制终压温度外，也可在下模的圆周方向上穿几只（一般是4～6只）活动销来脱模。★6δ≤Dp－Dn≤45δ的封头为中厚壁封头（δ为壁厚；Dp为坯料直径；Dn为封头内径），用普通模具一次压延成形，不需要特殊措施。3.3.4

板材的压延★Dp－Dn＞45δ的薄壁封头，需通过二次压延成形，如图3-83所示。先用比凸模直径小200mm左右的下模压成碟状，可2～3块坯料叠压；再用配套的下模压成所需要的封头形状。必要时可分

3～4次压延。3.3.4

板材的压延★Dp－Dn＜6δ的为厚壁封头。这类封头多为球形封头。在冲压过程中，边缘厚度剧增，尤其直边高度＞100mm的球形封头，增

厚率常达10%以上，容易导致封

头底部严重减薄。压制时必须增大模具间隙，或将坯料边缘削薄后进行压延成形，如图3-84所示。3.3.4

板材的压延2.封头的壁厚变化整体封头的拉延过程，无论采用压边圈拉延或不采用压边圈拉延，一般在接近大曲率部位，封头壁厚都要变薄。椭圆形封头在曲率半径最小处变薄最大（见图3-85），一般壁厚减薄量：碳钢封头可达

8%～10%，铝封头可达12%～15%。球形封头在底部变薄最严重，可达12%～14%。在设计封头和制定其制作冲压工艺时，都应予以考虑。3.3.4

板材的压延影响封头壁厚变化的因素有：①材料强度越低，壁厚变薄量越大；②变形程度越大，封头底部越尖，壁厚变薄量越大；③上、下模间隙及下模圆角越小，壁厚变薄量越大；④压边力过大或过小，压制温度超高，都会导致壁厚减小。3.3.4

板材的压延㈡封头坯料的计算整体封头坯料的计算方法见表3-50。由于影响坯料尺寸的因素很多，如钢板厚度、加热温度、压延次数、压制设备不同等，所以在批量生产时，应先试制确定坯料尺寸后再成批生产。㈢压延力的计算封头冲压时，压延力的计算常采用经验公式进行，它是正确选择冲压设备的依据。整体封头冲压时的压延力按下式计算：3.3.4

板材的压延式中F——压延力（N）；e——压边力影响系数，无压边e＝1，有压边时e＝1.2；K——封头形状影响系数，碟形及椭圆形封头K＝1.1～1.2，球形封头K＝1.4～1.5；Dp——坯料直径（mm）；Dxm——下模直径（mm）；δ——坯料厚度（mm）；bσ

t——材料的高温抗拉强度（MPa）。3.3.4

板材的压延如需压边力时，压边力按下式求之：式中

——压边力（N）；A——压边面积（mm2）；q——单位压边力（MPa）；对于钢q＝(0.011～0.0165)，热压取小值，冷压取大值。Dp——坯料直径（mm）；Dxm——下模直径（mm）；Rxm——下模圆角半径（mm）。3.3.4

板材的压延㈣封头压延成形模具1.封头压延成形模具的设计要求①设计凸模、凹模尺寸时，必须考虑到工件热成形冷却后的收缩量和冷压延成形后的回弹量。②凸模应有脱模斜度，工件脱模方法应简单、方便、可靠。③在模具结构上要考虑到防止受热变形而造成模具的损坏。④定位装置要保证坯料进出方便、迅速、定位准确。⑤尽量选用自润滑性好的材料制造模具。3.3.4

板材的压延2.封头压延成形模具的结构①整体凸模式封头成形模具的结构如图3-86所示；②滑套凸模式封头成形模具的结构如图3-87所示；③三瓣凸模式封头成形模具的结构如图3-88所示。3.3.4

板材的压延3.封头压延成形模具的设计参数根据制造要求的不同，封头的压延成形可分为：冷压和热压两种。当采用冷压模具时，封头在成形后会产生回弹，其数值大小与所用材料的力学性能、变形程度、工件形状、模具结构及间隙有关，一般是靠经验数据确定

后，采用试压修正模具的方法来确定。3.3.4

板材的压延当采用热压模具时，封头在成形后必然会收缩，其数值大小与所用材料、工件形状、尺寸、板厚、脱模温度及冷却条件有关，收缩量的大小δ一般按下式计算：δ＝2△T×100%（△T为封头始压温度与终止温度之差）3.3.4

板材的压延⑴凸模设计参数如图3-86所示。以内径为基准的封头，模具设计时应将回弹量

和收缩庄凸模上，间隙

取在凹模上。3.3.4

板材的压延①凸模直径Dsm

图3－89凸模尺寸Dsm＝Dn（1±δ）式中Dn——封头的名义内径（mm）；＋δ——封头热压时的收缩率（见表3-51）；－δ——封头冷压时的回弹率（见表3-52）3.3.4

板材的压延②凸模曲面部分高度Hsm。主要考虑封头的形状，不同形式的封头，其曲面部分的高度不同，一般用下式求之：Hsm＝H（1±δ）式中

H——封头曲面部分高度（mm）；±δ——意义同上式。3.3.4

板材的压延③凸模直边高度H0根据封头形状、卸料板厚度和直边高度修边余量来确定。H0＝H1＋H2＋H3＋H4式中H1——封头设计直边高度（mm）；H2——封头直边高度修边余量（mm），通常取15～40mm；H3——卸料板厚度（mm），通常取40～80mm；H4——保险余量（mm），通常取40～100mm。3.3.4

板材的压延④凸模壁厚δsmδsm的选取与压力机的吨位有关。压力机吨位≤400kN时，δsm

＝30～40mm；压力机吨位≥1500kN时，δsm

＝70～90mm。⑤凸模上部直径D0D0＝Dsm＋（2～3）3.3.4

板材的压延⑵凹模设计参数如图3-90所示。图3-90

凹模尺寸a)

凹模 b)

特殊凹模圆角3.3.4

板材的压延①凹模直径DxmDxm＝Dsm＋2δ＋Z式中

δ——封头坯料厚度（mm）；Z——模具间隙（mm），热压时Z＝（0.1～0.2）δ；冷压时Z＝（0.2～0.3）δ。球形封头或直边较长的椭圆形封头取较大值。设备能力偏小时，取大值，并可适当加大间隙范围。3.3.4

板材的压延②凹模圆角半径Rxm。有压边圈时，Rxm

＝(2～3)δ；无压边圈时，Rxm

＝(3～6)δ。若因坯料很厚而凹模高度受限时，可采用如图3-90b)所示的双曲率圆角或斜坡圆角。R1＝80～150mm；R2＝(3～4)δmm；α＝30°～40°。3.3.4

板材的压延③

凹模直边高度h1

h1＝80～150mm④

凹模总高度h

h＝100～250mm⑤凹模外径D1。D1＝Dxm+（200～400）mm如果封头尺寸是以外径为准，设计模具时应将收缩量与回弹量放在凹模上，间隙设计则在凸模上。3.3.4

板材的压延⑶压边圈如图3-91所示。确定封头压制是否需要压边圈，可根据封头的相对厚度（δ/D

p×100）而定。①压边圈内径：②压边圈厚度：3.3.4

板材的压延⑷

模具的开启高度与闭合高度

见图3-90所示。①开启高度Hmk模具的开启高度Hmk应小于压力机的开启高度Hjk。Hmk＝H1＋H2＋H0＋δ＋H3＋H4式中

H1——凸模连体高度（mm）；H2——凸模高度（mm）；

H0——凸模距坯料间距（mm）；t——封头坯料厚度（mm）；H3——凹模高度（mm）；H4——底座高度（mm）。3.3.4

板材的压延②闭合高度Hmb模具的闭合高度Hmb应大于压力机的开启高度HjbHmb

＝(H1＋H2＋H3＋H4)－Hh式中

H1、H2、H3、H4)——意义同上式Hh——凸模压入凹模深度（mm）。3.3.4

板材的压延㈤封头压延成形缺陷及控制方法封头压延成形缺陷及控制方法见表3-53。注意事项：★封头各种不相交的拼接焊缝中心线间距离至少应为封头钢材厚度δn的3倍，且不小于100mm。3.3.4

板材的压延★封头由成形的瓣片和顶圆板拼接制成时，焊缝方向只允许是径向和环向的，如下图所示。★先拼板后成形的封头拼接焊缝，在成形前应打磨与母材平齐。3.3.4

板材的压延★用弦长等于封头内径3/4Di的内径样板检查椭圆形、碟形、球形封头表