CN105458055A - 9Ni钢球封头模压成型设备及模压成型方法 - Google Patents

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9Ni钢球封头模压成型设备及模压成型方法,涉及球壳板冷压成型技术领域,成型设备包括压力机(1)和冲压模具,冲压模具包括弧形凹模(2)和弧形凸模(3),弧形凹模(2)和弧形凸模(3)分别固定安装在压力机(1)上,16.5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯料设有多组压点区域,每组压点区域包括A区域、B区域、C区域、D区域、E区域和F区域,其中相邻区域之间有1/3-1/2部分重叠,采用三次变压力压型方法成型;操作简便,回弹后的球壳板曲率符合设计要求。

Description

9Ni钢球封头模压成型设备及模压成型方法
技术领域
[0001] 本发明涉及球壳板冷压成型技术领域,具体涉及9Ni钢球封头模压成型设备及模 压成型方法。
背景技术
[0002] 球壳板成型是选用压机设备及相应的模具配合压制而成,目前,国内球壳板成型 主要采用的是小模具多点冷压成型法。该方法的优点是小模具、多压点、加工精度高、无加 热过程、不产生氧化皮、钢板的减薄量少以及人员操作安全便捷。该14000m3LNG运输船液 货罐所用的9Ni钢板主要特点是高镍含量、高纯净度、较高强度、高的低温冲击韧性、良好 焊接性能,其钢板的抗拉强度Rm彡640~830MPa,非比例延伸强度Rpl. 0彡490MPa,钢 板-196Γ低温冲击功多100J,采用此种材料压制而成的船罐封头的球壳板,因其材料屈服 强度高,钢板厚度较小,板材幅面大、球壳板曲率半径大,使得在压制过程中回弹率大,压制 的球壳板尺寸难以控制、精度难以保证。
发明内容
[0003] 本发明的目的就是为了解决9Ni钢板上述技术问题,而提供9Ni钢球封头模压成 型设备及模压成型方法。
[0004] 本发明成型设备包括压力机和冲压模具,冲压模具包括弧形凹模和弧形凸模,弧 形凹模和弧形凸模分别固定安装在压力机上,16. 5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯料设有多组压 点区域,每组压点区域包括A区域、B区域、C区域、D区域、E区域和F区域,其中相邻区域 之间有1/3-1/2部分重叠; 模压成型方法是: I、 通过实验确定16. 5mm厚9Ni钢回弹比,实验确定回弹比的方法:选用弧形凹模2和 弧形凸模3的球面曲率半径为SR,测定试件的9Ni钢板厚度,实验成型压力为8-15 MPa,经 过6-30秒钟保持压力后,缓慢地卸除全部载荷,取出回弹的试件,测量试件中心与边缘的 高度差以及试件周边的圆周半径,按照试件上各点曲率相同的假设,计算出试件的平均曲 率,重复进行5次,计算出试件的最终平均曲率SR',通过公式计算回弹比,回弹比K=SR/ SW,得出回弹比; II、 根据SR=K. SR'公式修正冲压产品所需的弧形凹模和弧形凸模曲率半径,使得压 制回弹后的9Ni钢球壳板的最终曲率半径尺寸符合技术规范要求Sf,采用公式SR=KSR' 进行曲率修正,从而确定弧形凹模和弧形凸模的曲率半径SR,进行弧形凹模和弧形凸模的 加工; III、 将16. 5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯料第一组压点区域的A区域放置在弧形凹模上, 压力机带动弧形凸模下压,进行第一次成型加压,第一次成型压力是8-9MPa,保压时间是 6-8s,一组压点区域的剩余压点根据A区域、B区域、C区域、D区域、E区域和F区域的顺序 进行第一次成型加压,其它各组依上述模压成型方法进行第一次成型加压; IV、 再将16. 5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯料第一组压点区域的A区域放置在弧形凹模 上,压力机带动弧形凸模下压,进行第二次成型加压,第二次成型压力是9-10MPa,保压时 间是7-9s,一组压点区域的剩余压点根据A区域、B区域、C区域、D区域、E区域和F区域的 顺序进行第二次成型加压,其它各组依上述模压成型方法进行第二次成型加压; V、 最后将16. 5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯料第一组压点区域的A区域放置在弧形凹模 上,压力机带动弧形凸模下压,进行第三次成型加压,第三次成型压力是12-15MPa,保压 时间是8-10s,一组压点区域的剩余压点根据A区域、B区域、C区域、D区域、E区域和F区 域的顺序进行第三次成型加压,其它各组依上述模压成型方法进行第三次成型加压。
[0005] 本发明优点是:1、通过实验确定该9Ni钢球封头球壳板的回弹比,调整压模模具 的球面曲率半径,使得回弹后的球壳板曲率符合设计要求。2、压制成型球壳板过程中采用 合理的冷压成型工艺方案提高钢板的成型性。冷压成型时可根据球壳板料特点及操作者经 验合理选择冷压压点顺序,对长大球片一般先压两端,后压中间,以便操作,而球片较小则 选择余地较大。
附图说明
[0006] 图1是本发明结构示意图。
[0007] 图2是16. 5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯料压点区域示意图。
[0008] 图3是回弹比计算示意图。
具体实施方式
[0009] 如图1、2、3所示,本发明成型设备包括压力机1和冲压模具,冲压模具包括弧形凹 模2和弧形凸模3,弧形凹模2和弧形凸模3分别固定安装在压力机1上,16. 5mm厚9Ni钢 钢球封头毛坯料设有多组压点区域,每组压点区域包括A区域、B区域、C区域、D区域、E区 域和F区域,其中相邻区域之间有1/3-1/2部分重叠; 模压成型方法是: I、 通过实验确定16. 5mm厚9Ni钢回弹比,实验确定回弹比的方法:选用弧形凹模2和 弧形凸模3的球面曲率半径为SR,测定试件的9Ni钢板厚度,实验成型压力为8-15 MPa,经 过6-30秒钟保持压力后,缓慢地卸除全部载荷,取出回弹的试件,测量试件中心与边缘的 高度差以及试件周边的圆周半径,按照试件上各点曲率相同的假设,计算出试件的平均曲 率,重复进行5次,计算出试件的最终平均曲率SR',通过公式计算回弹比,回弹比K=SR/ SW,得出回弹比; II、 根据SR=K. SR'公式修正冲压产品所需的弧形凹模2和弧形凸模3曲率半径, 使得压制回弹后的9Ni钢球壳板的最终曲率半径尺寸符合技术规范要求SR',采用公式 SR=KSR'进行曲率修正,从而确定弧形凹模2和弧形凸模3的曲率半径SR,进行弧形凹模2 和弧形凸模3的加工; III、 将16. 5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯料第一组压点区域的A区域放置在弧形凹模2上, 压力机1带动弧形凸模3下压,进行第一次成型加压,第一次成型压力是8-9MPa,保压时 间是6-8s,一组压点区域的剩余压点根据A区域、B区域、C区域、D区域、E区域和F区域的 顺序进行第一次成型加压,其它各组依上述模压成型方法进行第一次成型加压; IV、 再将16. 5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯料第一组压点区域的A区域放置在弧形凹模2 上,压力机1带动弧形凸模3下压,进行第二次成型加压,第二次成型压力是9-10MPa,保 压时间是7-9s,一组压点区域的剩余压点根据A区域、B区域、C区域、D区域、E区域和F区 域的顺序进行第二次成型加压,其它各组依上述模压成型方法进行第二次成型加压; V、 最后将16. 5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯料第一组压点区域的A区域放置在弧形凹模 2上,压力机1带动弧形凸模3下压,进行第三次成型加压,第三次成型压力是12-15MPa, 保压时间是8-10s,一组压点区域的剩余压点根据A区域、B区域、C区域、D区域、E区域和 F区域的顺序进行第三次成型加压,其它各组依上述模压成型方法进行第三次成型加压。
[0010] 工作原理: 1、通过实验计算确定弧形凹模2和弧形凸模3的曲率半径,实验压力机采用2000T压 力机,该压力机液压缸主缸直径Φ900,压力机压力量程表的范围为0~25MPa,采用公 司现有模具,该模具球面曲率半径为SR5810,凸模外径Φ 2000,凹模外径Φ 2200,实验 压制用的9Ni钢板厚度采用与该运输船液货罐用9Ni高强度钢球封头同一厚度16. 5mm, 因9Ni钢材料屈服强度高,压制过程中回弹率大,将9Ni钢板压制球壳板冲压力增加到15 MPa冲压力,经过30秒钟保持压力后,缓慢地卸除全部载荷,取出回弹的试件,测量试件中 心与边缘的高度差以及试件周边的圆周半径,按照试件上各点曲率相同的假设,计算出试 件的平均曲率,重复进行5次,其数据分别为SR9865、SR9860、SR9875、SR9880、SR9870, 如图3所示,计算出试件的最终平均曲率SR9870mm,通过公式计算回弹比,回弹比K=SR/ SR' =5810/9870=0. 58865,从而计算出回弹比,得出该9Ni高强度钢板压制球壳板的最终回 弹比K=0. 58865,在以后球壳板的压型过程中,根据SR=K. SR'调整修正压模模具的曲率半 径,使得压制回弹后的9Ni高强度钢球壳板的最终曲率半径尺寸符合技术规范要求的球封 头内半径SR8001. 4mm,采用公式SR=KSR'进行曲率修正,修正后14000m3LNG运输船液货罐 用9Ni高强度钢球封头压模模具的曲率半径SR=KSR' =0. 58865x8001. 4mm=4710mm,从而确 定弧形凹模2和弧形凸模3的曲率半径是4710mm。
[0011] 2、制作加工模具,进行9Ni钢球封头毛坯板压制,压制成型球壳板过程中采用合 理的冷压成型工艺方案提高钢板的成型性。冷压成型时可根据球壳板料特点及操作者经验 合理选择冷压压点顺序,对长大球片一般先压两端,后压中间,以便操作,而球片较小则选 择余地较大。此14000m3LNG船罐所用9Ni高强度钢压制球形封头球壳板因材料本身屈服 强度大,压制成型过程中回弹大,成型尺寸不易控制,选用图2所示的压型顺序,由球壳板 的一端开始冷压,选择合理的冷压成型压力及保压时间,按先横后纵顺序排列、重复多次压 点成型压点,相邻两压点之间应相互有1/2至1/3的重复率,以保证两压点之间成型过渡圆 滑,这种压型成型方法可使成型应力分布均匀,并得到较好的释放效果,减少成型后的自然 变形。表1给出了该9Ni钢封头球壳板的先横后纵顺序排列、重复多次压点成形压点的冷 压成型压力及保压时间: 表1 9Ni钢板压形次数对应成形压力及保压时间表
Figure CN105458055AD00061

Claims (1)

1. 9Ni钢球封头模压成型设备及模压成型方法,其特征在于: 成型设备包括压力机(1)和冲压模具,冲压模具包括弧形凹模(2)和弧形凸模(3),弧 形凹模(2)和弧形凸模(3)分别固定安装在压力机(1)上,16. 5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯 料设有多组压点区域,每组压点区域包括A区域、B区域、C区域、D区域、E区域和F区域, 其中相邻区域之间有1/3-1/2部分重叠; 模压成型方法是: I、 通过实验确定16. 5mm厚9Ni钢回弹比,实验确定回弹比的方法:选用弧形凹模(2) 和弧形凸模(3)的球面曲率半径为SR,测定试件的9Ni钢板厚度,实验成型压力为8-15 MPa,经过6-30秒钟保持压力后,缓慢地卸除全部载荷,取出回弹的试件,测量试件中心与 边缘的高度差以及试件周边的圆周半径,按照试件上各点曲率相同的假设,计算出试件的 平均曲率,重复进行5次,计算出试件的最终平均曲率SR',通过公式计算回弹比,回弹比 K=SR/SR',得出回弹比; II、 根据SR=K.SR'公式修正冲压产品所需的弧形凹模2和弧形凸模3曲率半径, 使得压制回弹后的9Ni钢球壳板的最终曲率半径尺寸符合技术规范要求SR',采用公式 SR=KSR'进行曲率修正,从而确定弧形凹模2和弧形凸模3的曲率半径SR,进行弧形凹模2 和弧形凸模3的加工; III、 将16. 5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯料第一组压点区域的A区域放置在弧形凹模(2) 上,压力机(1)带动弧形凸模(3)下压,进行第一次成型加压,第一次成型压力是8-9MPa, 保压时间是6-8s,一组压点区域的剩余压点根据A区域、B区域、C区域、D区域、E区域和F 区域的顺序进行第一次成型加压,其它各组依上述模压成型方法进行第一次成型加压; IV、 再将16. 5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯料第一组压点区域的A区域放置在弧形凹 模(2)上,压力机(1)带动弧形凸模(3)下压,进行第二次成型加压,第二次成型压力是 9-10MPa,保压时间是7-9s,一组压点区域的剩余压点根据A区域、B区域、C区域、D区域、E 区域和F区域的顺序进行第二次成型加压,其它各组依上述模压成型方法进行第二次成型 加压; V、 最后将16. 5mm厚9Ni钢钢球封头毛坯料第一组压点区域的A区域放置在弧形凹 模(2)上,压力机(1)带动弧形凸模(3)下压,进行第三次成型加压,第三次成型压力是 12-15MPa,保压时间是8-10s,一组压点区域的剩余压点根据A区域、B区域、C区域、D区 域、E区域和F区域的顺序进行第三次成型加压,其它各组依上述模压成型方法进行第三次 成型加压。
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