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壳体液压成形技术的特点及发展现状详解
2019-08-24
摘要:壳体液压成形是采用一定形状的封闭多面壳体作为预成形坯,在封闭多面壳体充满液体后,通过液体介质在封闭多面壳体内加压,在内压作用下壳体产生塑性变形而逐渐趋向于最终的壳体形状。本文兴迪源机械带来壳体液压成形技术的特点及发展现状。

  壳体液压成形是采用一定形状的封闭多面壳体作为预成形坯,在封闭多面壳体充满液体后,通过液体介质在封闭多面壳体内加压,在内压作用下壳体产生塑性变形而逐渐趋向于最终的壳体形状。本文兴迪源机械带来壳体液压成形技术的特点及发展现状。

  一、封闭壳体液压成形技术特点:

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  1)壳体液压成形主要优点:

  ①不需要模具和压力机。从力学角度看,该技术的原理是利用整体封闭壳体内压作用时自身平衡力系,即整体封闭壳体本身既是变形体又是实现力系平衡的载体,从而实现了不用压力机和模具成形大型壳体。

  ②容易变更壳体壁厚和直径。由于不需要模具和压力机,对于所需要的直径和厚度的壳体,只要设计了合理的预成形坯封闭多面壳体,就可以直接加压成形。而传统的模压成形技术,一种直径球壳需要一套模具,一种规格的椭球壳体需要几套模具。

  ③产品精度高。由于把壳体制造工艺由传统的“先成形后焊接”变为“先焊接后成形”,成形过程是对前期焊接变形的校形,最终产品的尺寸精度高。

  ④降低成本,缩短制造周期。由于不使用模具和压力机,节省了压型时间和模具费用。

  2)壳体液压成形主要缺点:

  ①由于该技术为“先焊接后成形”,封闭多面壳体的焊缝在成形过程中承受一定的塑性变形,如果焊缝质量存在问题,会引起开裂,造成整个壳体报废。对于厚板和低合金钢,这种问题更严重。因此,控制焊接质量是关键所在。

  ②对于大型壳体,成形过程的支撑基础难度大、费用高。例如,直径12.3m的球壳,容积为1000m³ ,需要解决支撑1000t水及壳体自重的基础。

  二、壳体液压成形技术的发展现状:

  自从1985年王仲仁教授等发明了球形容器无模液压成形技术以来,壳体结构、壳体材料、成形工艺、理论研究及工程应用等方面都有了长足的发展。目前,壳体液压成形技术已用于球形水塔、液化气储罐、不锈钢装饰球、造纸蒸煮球和通信发射塔等结构,其中最大直径达到9.4m,最大壁厚达到24mm,最高使用压力为1.77MPa。

  应用材料包括低碳钢、低合金钢、不锈钢、铝合金和铜合金。该技术经历了以下三个主要的发展阶段。

  1)壳体结构由平板类多面壳体扩展到单曲率多面壳体

  王仲仁教授在1985年成功试制出球形壳体为直径600mm的三十二面体足球式平板类多面壳体。平板类多面壳体主要缺点是二面角大容易造成胀形时焊缝开裂和材料利用率低。足球式单曲率多面壳体主要优点是二面角小、焊缝变形量小和壁厚减薄率小,并且可以通过选择合理的赤道带瓣数提高材料利用率。

  因此,单曲率多面壳体在工业上应用得最多,直径9.4m的球形水塔、液化气储罐和大量的不锈钢装饰球均是采用单曲率多面壳体。

  2)由低压及常压球形容器发展到三类压力容器

  1992年采用壳体液压成形技术成功地研制了200m³液化气(LPG)储罐,该球罐直径7.1m、壁厚24m、壳体材料为低合金钢16MnR,最高工作压力1.77MPa,如下图所示。200m³液化气储罐标志着壳体液压成形技术实现了三个方面的跨越。

  第一方面,从壁厚角度,实现了由薄板向中厚板的跨越此前在供水球和装饰球应用的最大厚度是8mm,液化气球罐的厚度是24mm。由于厚度增加,焊缝附近存在角变形增大,容易引起内侧焊缝开;

  第二方面,从材料角度看,实现了由低碳钢向低合金容器钢的跨越。低合金钢焊接接头的硬性比低碳钢大,为保证接头具有足够的塑性成形能力,需要严格控制焊接接头质量;

  第三方面,从存储介质看,由水等介质到液化气这样的易燃易爆介质,容器类别也从常压、一类二类容器发展到三类容器,必须解决胀形对球罐安全性因素的影响,如残余应力、力学性能和壁厚分布的影响。

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200m³液化气(LPG)储罐

  3)由球形壳体扩展到非球形壳体

  非球形壳体包括椭球壳体、环壳和其他异形壳体。椭球壳体风载荷系数小、外形美观,是国外1000m³大型水塔主体结构,因曲率变化一种椭球壳体需要几套模具,成形工艺比球壳复杂。

  通过大量理论和实验研究发现,只有当长轴与短轴之比(轴长比)小于√2的椭球壳体可以用液压成形技术制造,长轴与短轴之比大于√2的椭球壳体赤道会出现失稳起皱不能成形。大直径管路弯头目前多采用“虾米腰”近似结构,存在流体阻力大等问题。采用液压成形技术先成形一个整体环壳,该环形壳切开后,可获得4个90°的弯头或6个60°管弯头,也可切成任意角度的弯头,具有一定的工业应用价值。

  【兴迪源机械液压成形设备优势】

  自2007年创立以来,兴迪源机械一直致力于内高压成形的技术创新和产品研发。主营产品范围从生产普通液压设备,现今发展至生产、研发国内顶尖流体压力成形技术的锻压设备。

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部分文段和图片摘自:

《现代液压成形技术》

作者:苑世剑

由兴迪源机械编辑

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