CN102672037A - 十字槽无碎片金属拱形爆破片及其生产装置和制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种十字槽无碎片金属拱形爆破片及其生产装置和制造方法，生产装置包括压槽胎具、预拱胎具和压力试验机，压槽胎具中设有压槽刀具，预拱胎具设置在压力试验机内；先将爆破片坯片在压槽胎具中压制十字槽，再利用压力流体将压槽后的坯片在预拱胎具中进行起拱，最后经过低温退火、完全退火或者二次预拱及二次退火制成爆破片。本发明的生产装置可生产正拱或反拱形爆破片，操作简单，生产的爆破片具有耐疲劳，防腐蚀和爆破后无碎片等优点。

Description

十字槽无碎片金属拱形爆破片及其生产装置和制造方法

技术领域

本发明属于安全超压泄放技术领域，涉及一种十字槽无碎片金属拱形爆破片及其生产装置和制造方法。

背景技术

目前，十字槽型爆破片以其性能稳定、耐疲劳、无碎片在爆破片产品中被广泛使用。目前制造十字槽型爆破片有两种方法：一种是平面压槽或铣槽后自由预拱成型的制造技术；另一种为凸面或凹面压槽技术，利用球形胎具预拱成拱形后，在拱形坯片的凸面或凹面上压槽的制造技术。

平面压槽拱形爆破片制造过程为：平面压槽后将坯片周边固定，利用流体加压，膜片自由发生塑性变形而成准球形的拱形，并经相应的热处理，压槽深度决定坯片爆破压力及拱形高度；

另一种是利用凹球面胎具和弧形刀具压制成槽，一般制造过程为：利用凹形球面胎具和流体压力，将坯片在球面胎具内形成与胎具形状完全吻合的拱形，然后进行完全退火，在胎具内进行二次加压预拱，使两者形状完全吻合，利用弧面刀在拱形坯片的凹面或凸面上压制十字槽。

在现有技术中，全开无碎片拱形带槽金属爆破片制造方法(专利号：93109577.8)介绍了如何平面压槽及爆破片起拱工艺，实现正拱形和反拱形爆破片的制造，但还存在如下缺陷：

1、压槽刀的缺陷

①压槽刀的刀刃夹角为90°，角度偏大。对于压槽工艺，是将槽处金属挤到槽的侧面，则当坯片较厚，压槽较深时，减弱槽宽度较大，这必然导致槽处的应变硬化严重及残余应力大，压槽底部容易开裂。

②压槽刀中间有较深缺口，形成槽型爆破片在中间交叉处没有槽。尽管压槽刀中间有缺口，可以避免坯片在中心处被重复压槽造成槽在交叉处开裂，但中间有间断未压槽的缺点是：对于低压爆破片爆破时，中间没有槽，容易造成爆破片爆破时，中间无槽处不易断裂，导致爆破片无法完全开裂，影响泄放，这对反拱槽型爆破片影响尤为突出，所以中间无槽长度应严格控制；另外，当十字槽采用两次压槽工艺时，中间间断处容易出现不对称，这也加重了无法完全开裂情况。

2、压槽胎简单，无法实现压槽深度自由可调，所以制造产品精度不高。

3、在预拱方法上，不管正拱还是反拱槽型爆破片，在预拱成型时，坯片有槽面与预拱压力流体接触，坯片发生塑性变形而成拱形，槽在拱形的凹面。对正拱形产品，工作时有槽面与介质接触，容易产生应力腐蚀，降低产品寿命。

4、在热处理方法上，要求不管正拱形还是反拱形膜片，预拱后均应经过完全退火处理，有时要经过两次预拱两次热处理。这种热方法对正拱槽型爆破片的爆破压力会造成明显影响，很难获得预定的爆破压力，这增加了槽型爆破片的制造难度，延长了制造周期。

5、该发明提出的在预拱成型方法也过于繁琐，每次都要用螺栓、螺母拧紧，工作效率低，并且夹紧力也不易保证，在预拱成型时坯片边缘容易发生抽动造成废品。为了夹紧坯片不抽动，提出夹持工装要设计有微型台肩，增加夹持效果防止坯片边缘抽动，这种设计造成预拱后膜片边缘密封面上存在凹槽，影响爆破片外观质量。

在现有技术中，对于预拱后凸面或凹面压槽制造槽型爆破片的方法，存在以下缺陷：

1、胎具复杂，制造成本高

由于采用预拱后凸面或凹面压槽技术，则每一口径正拱或反拱爆破片都需要一套预拱成型胎具和一套压槽胎具。爆破片口径有多种，则该制造工艺的胎具也多种，不仅制造成本高，各种胎具之间的配合精度也非常高，否则很容易造成膜片压裂。

如：对正拱槽型爆破片需要在凸面压槽，其一，需要预拱成型的凹面球形胎具，利用胎具将爆破片边缘夹紧，然后利用压力流体对坯片按胎具形状进行预拱，预拱必须有足够的流体压力使坯片的拱形与胎具形状完全吻合。其二，需要一个凸面胎具，该凸面胎具与预拱成型的凹面胎具，凸凹面应完全高精度吻合，否则无法压槽深度的均匀性，其三，需要一个与凸面胎具高精度吻合的条形凹面弧形刀，利用该刀和凸面胎具实现在拱形坯片凸面压槽。

对反拱槽型爆破片需要在拱形坯片的凹面压槽，则与正拱槽型爆破片不同的是：需要一个条形凸面弧形刀，该刀形状与预拱成型的凹面球形胎完全高精度吻合。

这些压槽刀和凹面和凸面胎具不仅要加工精度高，而且要高硬度，所以胎具加工成本高。

2、该工艺很难实现制造任意压力的反拱形爆破片

对反拱下爆破片，当口径一定时，其爆破压力主要由拱形高度和坯片厚度决定。由于每一口径反拱槽型爆破片都需要预拱用凹面球形胎和条形凸面弧形刀，而这一口径的预拱用胎具和刀具很难加工多套不同拱高的胎具，所以依靠胎具制造的反拱槽型爆破片，通常只能依靠调整坯片厚度来实现制造不同压力的爆破片，而市场上也无法买到任意厚度原料。所以该工艺制造反拱槽型爆破片，可制造的爆破压力规格有限数量，无法制造任意爆破压力，否则必须加工多套任意拱高的胎具，来满足制造任意爆破压力的爆破片。

发明内容

根据上述提出的技术问题，本发明提供一种十字槽无碎片金属拱形爆破片及其生产装置和制造方法。本发明通过对生产装置的改进，采用平面压槽、预拱及热处理来制造正拱形或反拱形爆破片，可快速准确、低成本的制造十字槽形爆破片。

本发明采用的技术手段如下：

一种十字槽无碎片金属拱形爆破片生产装置，包括压槽胎具、预拱胎具和压力试验机，其特征在于：压槽胎具包括胎具壳体、胎具上盖、胎具主体、压槽刀具和调节装置，所述压槽刀具的截面为正三角形，所述压槽刀具设有刀刃Ⅰ，刀刃夹角α为60°，所述压槽刀具的中心处设有缺口，所述缺口内表面距压槽刀具的刀刃Ⅰ的距离为h，h满足0＜h＜1/3δ，其中δ为坯片的厚度，所述胎具壳体内设有高度调节挡块，所述胎具主体的下表面为斜面，所述胎具主体设置在所述高度调节挡块上，所述调节装置与所述高度调节挡块通过螺纹连接，所述高度调节挡块可沿所述胎具主体下表面的斜面移动，所述胎具主体上设有可容纳所述压槽刀具的凹槽，将所述压槽刀具置于所述胎具主体的凹槽内，所述胎具上盖的下表面设有限位台，将所述胎具上盖置于所述胎具壳体上，所述限位台与所述压槽刀具之间形成可容纳坯片的容纳空间；所述压力试验机包括油缸和框架压板，所述预拱胎具固定在所述压力试验机的油缸上。

作为优选，所述压槽刀具还设有刀刃Ⅱ和刀刃Ⅲ。

本发明还涉及一种十字槽无碎片金属拱形爆破片的制造方法，包括如下步骤：

①取圆形的坯片，所述胎具上盖的限位台与所述压槽刀具将坯片固定在压槽胎具中，在坯片表面分两次互相垂直压制中间处相互贯通的十字槽；

②将压槽后的坯片放入所述预拱胎具中，所述预拱胎具将坯片边沿夹持固定，由压力试验机压紧所述预拱胎具，采用压力流体对压槽后的坯片进行预拱成形；对坯片正拱形预拱时，将坯片有压槽的一面朝上，有压槽面不与压力流体接触，放入预拱胎具内成形；对坯片反拱形预拱时，将坯片有压槽的一面朝下，有压槽面与压力流体接触，放入预拱胎具内成形；

③采用低温退火、完全退火或采取二次预拱及二次热处理对预拱后的坯片进行处理；对正拱形预拱的坯片进行低温退火处理后制成十字槽无碎片金属正拱形爆破片，处理温度在200℃～400℃；对反拱形预拱的坯片进行完全退火处理，完全退火后需要进行二次预拱和二次退火处理，处理后制成十字槽无碎片金属反拱形爆破片。

本发明还涉及一种由上述制造方法制造的十字槽无碎片金属拱形爆破片，爆破片包括拱面和拱面边沿，其特征在于：爆破片的拱面上设有十字减弱槽，所述十字减弱槽在中间处相互贯通；当爆破片为正拱形爆破片时，所述十字减弱槽在所述爆破片的拱面外表面上；当爆破片为反拱形爆破片时，所述十字减弱槽在所述爆破片的拱面内表面上。

本发明具有以下优点：

1、压槽刀具设有的缺口可保证十字槽贯通不间断，同时又保证中间两次压槽不开裂；具有三条刀刃，压槽刀具截面为正三角形对坯片损伤范围小，使用寿命长。

2、压槽胎具通过具有自锁斜面的胎具主体、调节装置和胎具上盖上的限位台调节压槽刀具的高度，可实现压槽深度任意可调。

3、利用压力试验机对预拱胎具进行压紧和卸载，防止爆破片坯片边沿抽动，提高预拱成形的效率，可预拱正拱形和反拱形两种爆破片坯片。

4、根据不同金属材料确定退火温度，对正拱形和反拱形两种爆破片进行不同的处理消除残余应力。

5、正拱形和反拱形两种爆破片在使用过程中，十字减弱槽均不与介质接触，可增加产品耐应力腐蚀性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是十字槽无碎片金属正拱形爆破片的结构示意图。

图2是十字槽无碎片金属反拱形爆破片的结构示意图。

图3是爆破片坯片压槽后的主视图。

图4是爆破片坯片压槽后的俯视图。

图5是本发明的压槽刀具结构示意图。

图6是本发明的压槽刀具的侧视图。

图7是本发明的压槽胎具结构示意图。

图8为本发明的预拱胎具在压力试验机中夹紧后的示意图。

图中：1.爆破片 11.十字减弱槽 12.拱面边沿 2.压槽刀具 21.缺口 22.刀刃Ⅰ 23.刀刃Ⅱ 24.刀刃Ⅲ 3.压槽胎具 31.胎具上盖 32.胎具主体 33.调节装置 4.预拱胎具 41.油缸 42.框架压板 A.压力流体入口。

具体实施方式

一种十字槽无碎片金属拱形爆破片生产装置，包括压槽胎具3、预拱胎具4和压力试验机，如图7所示，压槽胎具3包括胎具壳体、胎具上盖31、胎具主体32、压槽刀具2和调节装置33，压槽刀具2(如图5、图6所示)为直长条形刀且截面为正三角形，压槽刀具2设有刀刃Ⅰ22、刀刃Ⅱ23和刀刃Ⅲ24，每两条刀刃夹角α为60°，刀刃无任何缺陷，经过轻微研磨，刀锋直线度优良；在本实施例中，压槽刀具2的刀刃Ⅰ22中心处3-5mm范围内设有缺口21，缺口21内表面距压槽刀具的刀刃Ⅰ22的距离为h，h满足0＜h＜1/3δ，其中δ为坯片的厚度(如图3所示)，开设缺口21是为了确保压槽后坯片中心处槽贯通且槽深比周围槽深略浅一点，即保证低压爆破片爆破时完全开裂，同时保证坯片中心槽不开裂。胎具壳体内设有高度调节挡块，胎具主体32的下表面为以中心对称的向下斜面，胎具主体32设置在高度调节挡块上，高度调节挡块的上表面与胎具主体32接触处为斜面，高度调节挡块的上表面的斜面和胎具主体32下表面的斜面相匹配，高度调节挡块可沿所述胎具主体32下表面的斜面移动，且胎具主体32下表面的斜面与高度调节挡块的接触斜面具有角度自锁特点，防止受压后斜面滑动；调节装置33在本实施例中为精密螺纹，其与高度调节挡块通过螺纹连接；胎具主体32上设有可容纳压槽刀具2的凹槽，将压槽刀具2置于胎具主体32的凹槽内，胎具上盖31的下表面设有限位台，将胎具上盖31置于胎具壳体上，限位台与压槽刀具2之间形成可容纳坯片的容纳空间；压槽胎具3内的压槽刀具2位置高度在一定范围内可通过高度调节挡块及其上的精密螺纹进行调节，由此可任意调节坯片的压槽深度，压槽胎具3由胎具上盖的限位台31控制压槽深度。为防止压槽刀具2高度调节后，在压力作用下，压槽刀具2的高度位置发生改变，影响槽深，而通过调节压槽刀具2的位置高度、位置自锁结构及胎具上盖的限位结构，保证各次压槽深度完全相同，从而保证各坯片的破裂压力相同且可调，破裂同时沿四瓣全开。如图8所示，压力试验机包括油缸41和框架压板42，预拱胎具4固定在压力试验机的油缸41上，采用油缸41与框架压板42之间产生的压紧力对预拱胎具4进行夹持，利用油缸41的迅速升降实现对预拱胎具压紧和卸载，省去手工紧固螺栓夹持，该夹持方法可大大提高了爆破片预拱成形效率，且压力试验机可保证夹持力均匀、力度适当，不存在爆破片边缘抽动情况。

在本发明中还提供了一种应用上述工具制造十字槽无碎片金属拱形爆破片的方法，包括如下步骤：

①取圆形的坯片(坯片为用车削或冲压制成圆形，坯片厚度与外圆大小取决于泄放直径和泄放压力)，胎具上盖31的限位台与压槽刀具2将坯片固定在压槽胎具3中，在坯片表面平面压槽，利用精密螺纹微量调节压槽刀具高度、控制压槽深度，分两次互相垂直压槽，可获得具有一定槽深的中间处相互贯通的十字槽坯片(如图4所示)，槽深决定坯片的破裂压力或预拱成型压力；

②将压槽后的坯片放入预拱胎具4中，预拱胎具4将坯片边沿夹持固定，由压力试验机压紧预拱胎具4，采用压力流体对压槽后的坯片进行预拱成形；对坯片正拱形预拱时，将坯片有压槽的一面朝上，有压槽面不与压力流体接触，放入预拱胎具4内，将坯片边沿夹持固定，再用压力试验机将预拱胎具4压紧，如图8所示，压力流体(如；压缩空气、氮气等气体或水、液压油等液体)从预拱胎具4下腔体的压力流体入口A缓慢流入预拱胎具4中，坯片在压力流体的作用下逐渐发生自由塑性变形形成拱形，形成拱形后压槽在拱面上；对坯片反拱形预拱时，将坯片有压槽的一面朝下，有压槽面与压力流体接触，放入预拱胎具4内，将坯片边沿夹持固定，再用压力试验机将预拱胎具4压紧，压力流体从预拱胎具4下腔体的压力流体入口A缓慢流入预拱胎具4中，坯片在压力流体的作用下逐渐发生自由塑性变形形成拱形，形成拱形后压槽在拱面内表面上；

③对正拱形预拱的坯片进行低温退火处理，消除残余应力或应变硬化后制成十字槽无碎片金属正拱形爆破片，处理温度在200℃～400℃(根据不同金属材料确定消除应力退火温度)即可保证爆破片性能；对反拱形预拱的坯片进行完全退火处理，完全退火后需要进行二次预拱和二次退火处理(反拱形爆破片主要由拱形高度决定爆破压力，而压力流体决定拱形高度，进而决定反拱爆破片爆破压力)，处理后制成爆破压力准确十字槽无碎片金属反拱形爆破片。

由上述方法制得的十字槽无碎片金属拱形爆破片，爆破片1包括拱面和拱面边沿12，爆破片1的拱面上设有十字减弱槽11，十字减弱槽11在中间处相互贯通(如图4所示)；当爆破片1为正拱形爆破片时(如图1所示)，十字减弱槽11在爆破片1的拱面外表面上，这样正拱形爆破片用在有腐蚀介质时，本实施例的结构耐腐蚀能力远好于压槽在拱面内表面上与介质接触情况；当爆破片1为反拱形爆破片时(如图2所示)，十字减弱槽11在爆破片1的拱面内表面上，安装时反拱形爆破片压槽面在上面，不与介质接触，可明显增加产品耐应力腐蚀性。

现结合具体实施方式对本发明作进一步说明：

实施例1

十字槽无碎片金属正拱形爆破片的加工：取圆形坯片，材料不锈钢(316L)，坯片厚度为0.4mm，泄放口径为100mm；坯片经压槽胎具3压槽后，在预拱胎具4中预拱成形，拱面高度为12mm，预拱后经低温消除应力，退火温度240℃，保温时间30分钟，制得的爆破片的爆破压力3.0MPa，爆破温度22℃。

实施例2

十字槽无碎片金属反拱形爆破片的加工：取圆形坯片，材料不锈钢(316L)，坯片厚度为0.6mm，泄放口径为100mm；坯片经压槽胎具3压槽后，在预拱胎具4中预拱成形，第一次预拱后拱面的高度为15mm，第一次热处理温度1080℃，保温30分钟；进行第二次预拱，预拱后拱面的高度为18mm，第二次热处理温度和保温时间和第一次相同，制得的的爆破片的爆破压力1.2MPa，爆破温度120℃。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种十字槽无碎片金属拱形爆破片生产装置，包括压槽胎具(3)、预拱胎具(4)和压力试验机，其特征在于：压槽胎具(3)包括胎具壳体、胎具上盖(31)、胎具主体(32)、压槽刀具(2)和调节装置(33)，所述压槽刀具(2)的截面为正三角形，所述压槽刀具(2)设有刀刃Ⅰ(22)，刀刃夹角α为60°，所述压槽刀具(2)的中心处设有缺口(21)，所述缺口(21)内表面距压槽刀具的刀刃Ⅰ(22)的距离为h，h满足0＜h＜1/3δ，其中δ为坯片的厚度，所述胎具壳体内设有高度调节挡块，所述胎具主体(32)的下表面为斜面，所述胎具主体(32)设置在所述高度调节挡块上，所述调节装置(33)与所述高度调节挡块通过螺纹连接，所述高度调节挡块可沿所述胎具主体(32)下表面的斜面移动，所述胎具主体(32)上设有可容纳所述压槽刀具(2)的凹槽，将所述压槽刀具(2)置于所述胎具主体(32)的凹槽内，所述胎具上盖(31)的下表面设有限位台，将所述胎具上盖(31)置于所述胎具壳体上，所述限位台与所述压槽刀具(2)之间形成可容纳坯片的容纳空间；所述压力试验机包括油缸(41)和框架压板(42)，所述预拱胎具(4)固定在所述压力试验机的油缸(41)上。

2.根据权利要求1所述的十字槽无碎片金属拱形爆破片生产装置，其特征在于：所述压槽刀具(2)还设有刀刃Ⅱ(23)和刀刃Ⅲ(24)。

3.一种由权利要求1所述的十字槽无碎片金属拱形爆破片生产装置制造爆破片的方法，包括如下步骤：

①取圆形的坯片，所述胎具上盖(31)的限位台与所述压槽刀具(2)将坯片固定在压槽胎具(3)中，在坯片表面分两次互相垂直压制中间处相互贯通的十字槽；

②将压槽后的坯片放入所述预拱胎具(4)中，所述预拱胎具(4)将坯片边沿夹持固定，由压力试验机压紧所述预拱胎具(4)，采用压力流体对压槽后的坯片进行预拱成形；对坯片正拱形预拱时，将坯片有压槽的一面朝上，有压槽面不与压力流体接触，放入预拱胎具(4)内成形；对坯片反拱形预拱时，将坯片有压槽的一面朝下，有压槽面与压力流体接触，放入预拱胎具(4)内成形；

③采用低温退火、完全退火或采取二次预拱及二次热处理对预拱后的坯片进行处理；对正拱形预拱的坯片进行低温退火处理后制成十字槽无碎片金属正拱形爆破片，处理温度在200℃～400℃；对反拱形预拱的坯片进行完全退火处理，完全退火后需要进行二次预拱和二次退火处理，处理后制成十字槽无碎片金属反拱形爆破片。

4.一种由权利要求3所述的十字槽无碎片金属拱形爆破片制造方法制造的爆破片，爆破片(1)包括拱面和拱面边沿(12)，其特征在于：爆破片(1)的拱面上设有十字减弱槽(11)，所述十字减弱槽(11)在中间处相互贯通；当爆破片(1)为正拱形爆破片时，所述十字减弱槽(11)在所述爆破片(1)的拱面外表面上；当爆破片(1)为反拱形爆破片时，所述十字减弱槽(11)在所述爆破片(1)的拱面内表面上。

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