CN1329952A - 无模整体液压成形超薄球类壳体技术 - Google Patents

Abstract

超薄球类壳体以其良好受力特性、美丽外观和节省材料,而倍受使用者重视。而传统复杂的制造技术,使其不能被广泛应用。无模整体液压成形超薄球类壳体技术,简化了金属标准球、椭圆球、蛋壳球和雨滴球等多种异型球类壳体及其异种材料贴合而成的金属多种异型球类壳体的制造过程。生产成本仅为传统技术制造相同壳体的1/20,生产周期的1/50,该技术是生产金属超薄球类壳体及其异种材料贴合而成的超薄球类壳体理想、经济、实用的制造技术。

Description

无模整体液压成形超薄球类壳体技术

本发明涉及的是超薄球类壳体制造领域的无模整体液压成形技术。

超薄球类壳体是指，壳体直径与壳体壁厚之比大于1500的金属标准球、椭形球、蛋壳球、雨滴球及其异种材料贴合成的标准球、椭形球、蛋壳球、雨滴球等多种异形球类壳体。超薄球类壳体以其良好的受力特性，在与普通柱型罐直径和受相等内压力的前提下，超薄壁球类壳体的壁厚仪为普通柱型罐壁厚的一半；在材料面积一定的前提下，以组成超薄壁球类壳体的容积最大。另外其特有的美丽外观，风压值、雪压值低，而倍受使用者的重视。但是传统的制造工艺复杂，需要昂贵的设备和模具；而于工操作劳动强度又十分大，外观质量也很差，影响了超薄球类壳体的应用。

目前国内外生产超薄球类壳体的方法有三种。第一种方法：首先是在经过复杂计算后，将金属板材下料成梯形板，通过油压机将板料在专用模具下，压制成一定尺寸规格的球瓣，最后将球瓣组焊成超薄球类壳体。这种方法的缺点是计算复杂、加工难度大，需要昂贵的大型油压机、模具和工装。此外，用这种方法不易扩大或缩小球壳直径，因为每一种尺寸规格的球瓣均需要一套与之相适应的专用模具，这就会大大地增加所生产出的超薄球类壳体的生产成本。另外由于薄板具有很大的反弹性，不但在球皮压制过程中会产生变形，就是在对其压好的球皮进行组焊时也极易产生变形，影响了其外观尺寸和质量。致使这种超薄球类壳体很难推广和使用。见GB150-89和GB12337-90；化工设备设计全书编辑委员会1983年编辑出版的《球形容器设计》。1991年第三期《压力容器》中介绍到的由于工艺难度大，到目前为止只有很少的一些工业发达国家采用上述传统的工艺技术生产少量的超薄球类壳体容器。而内外层为异种材料紧密贴合没有间隙的超薄壁球类壳体的制造就更困难了。美国、日本和前苏联也只是采用上述传统的工艺技术生产制造了少量的有间隙的双层超薄壁球类壳体。第二种方法：是将金属板下料成梯形板料，然后通过手工操作，在底模上将金属梯形板料敲打加工成一块块球类超薄壁壳体球皮的各个部分，最后将其组焊在事先制造好的金属框架上，得到组焊成的球类超薄壳体。这种球类超薄壳体制作技术的缺点是：首先需要与球类超薄壳体外形曲率相同的模具，高质量的模具制造困难、费用高；手工操作在底模上将金属板敲打加工成一块块球类超薄壳体的各部分时，劳动强度十分大、生产周期长、而且会产生很大的噪音，敲打出壳体的表面有凹凸点，最后将其组焊在事先制造好的金属框架上，不但需要制造高精度的金属框架，而且组焊质量很难控制；各部组对焊接十分困难，由于金属球皮薄，加热会造成严重的变形，由此生产出的球体外形整体尺寸误差大，表面光洁度差。致使这种在美术雕塑、和建筑水塔、水箱及常压储罐上有着广泛应用的球类超薄壳体不能被广泛使用：第三种方法：是“一节柱体和截头锥爆炸成形的球壳”。其特征是：首先将金属材料下料成一定尺寸和形状的板料，并将其在卷板机上卷制成圆柱体和锥台体(或者全部为锥台体)将其组焊成球内接多面壳体，再将一定参数的炸药放在壳体内经过精确计算后的规定位置上，通过水将炸药爆炸时产生的能量转递给金属板使球壳无模高能成形，从而得到金属超薄球类壳体。这种技术虽然克服了上述两种制造超薄球类壳体技术中的缺点，但是由于这种技术是利用炸药作为能源来完成成型的，而炸药的使用是有着极其严格的法律规定的。致使该技术应用起来有一定的难度。见：王南海，一节柱体和截头锥爆炸成形的球壳，中国专利88220048.8。

本发明的目的是：克服上述现有技术的缺点，提出一种新的球类超薄壳体无模整体液压成形制造技术。其特征在于：本发明是首先将金材料下料成为一定尺寸和形状的矩形板、扇型板，或者全部为扇型板料；将其卷焊成圆柱体和截头圆锥体，再组焊成锥柱结构球内接多面壳体，或者锥锥结构球内接多面壳体，全部焊缝不允许出现十字焊缝；将球体内接多面壳体里注满水；再将球体内接多面壳体进水孔与液压泵高压出水管相连接，通过阀门与开关来控制向球体内接多面壳体里注入高压水的流量与压力，使球体内接多面壳体在具有一定流量、压力的液体作用下胀形为球体。当改变金属板料的下料尺寸和形状，将其组焊成不同曲线旋转所围成的椭圆球、蛋壳球、水滴球等异型壳体内接多面壳体后，同样将异型球内接多面壳体里注满水；再将异型球内接多面壳体进水孔与液压泵高压出水管相连接，通过阀门与开关来控制向异型球内接多面壳体里注入高压水的流量与压力，使异型球内接多面壳体在具有一定流量、压力的液体作用下涨形成为椭圆球、蛋壳球或水滴球等异型球壳体。如果将不同材质的金属板料分别下料成为具有一定尺寸和形状的板料，再将其分层组焊成异种材料多层标准球、异型球类内接多面壳体，该壳体的层数与组成贴合球类壳体材料种类的数量相同，将异种材料多层球类壳体内接多面壳体内灌满水，再将异种材料多层球类内接多面壳体进水孔与液压泵高压出水管相连接，通过阀门与开关来控制向异种材料多层球类内接多面壳体里注入高压水的流量与压力，使异种材料多层球类内接多面壳体在具有一定流量、压力的液体作用下胀形成为异种材料多层紧密贴合而成椭圆球、蛋壳球或水滴球等异种材料多层异型球类壳体。无模整体液压成形超薄球类壳体技术，克服现有技术的缺点，是生产金属超薄球类壳体及其异种材料贴合而成的超薄球类壳体理想、经济、实用的制造技术。该技术具有如下特点：①.不使用油压机、模具、雷管、炸药和手工敲打即可生产制造出任意直径尺寸和形状的球类超薄壳体，和异种材料多层紧密贴合而成的多层异型球类壳体；②.设计简单、材料利用率提高到85％，(而传统的制造技术材料利用率仅为65％)；③.焊缝数量少，并可采用在转胎上进行自动焊，焊接质量易控制，焊接速度快；④.采用液压整体成型方法，操作简单易行，生产成本大大降低；⑤.壳体表面为原始金属材料状态，无敲打痕迹和凹凸不平的现象，如果将焊缝打磨抛光，球体整体如镜，非常靓丽，球体直径误差大大低于3‰的国家标准；⑥.加工过程中金属材料机械性能不被破坏，并可消除壳体的残余应力，壳体无变形；⑦.该技术只需要卷板机、焊机、液压泵等设备，中小型容器厂和个体铆焊户均具备生产条件；⑧.该项技术即可用于金属超薄标准球及超薄椭型球、蛋壳球或雨滴型球体等球类壳体的制造，也可用于及其异种材料贴合的金属超薄标准球及超薄椭型球、蛋壳球或雨滴型球体等球类壳体的制造，具有广泛的应用领域。

以金属超薄标准球制造过程为例，本发明可以按以下过程实现：①.将金属板料经计算分别下料为卷制一节圆柱体所需的矩形料和若干块卷制成锥台体的扇形料，(也可以将金属板全部下料成若干块卷制成锥台体所需的扇形料)，而后根据设计结构的要求先将卷制好的金属板组焊成超薄球体壳内接多面体，例如附图1中(1)、(2)、(3)；②.然后用两个金属圆板分别封住壳体两端，例如附图1中的(4)、(5)、在组焊好的超薄球体壳上端开一一圆孔，降水注入壳体灌满，作为传压介质，例如附图1中(6)；③.将球体内接多面壳体进水孔与液压泵高压出水管相连接，例如附图1中(7)；④.在组焊好的超薄球体壳上端接一放气阀，例如附图1中(8)；⑤.并在球体内接多面壳体进水孔与试压泵高压出水管相连的水管上接通一个压力表；附图1中(9)；过阀门，例如附图1中(10)，来控制向球体内接多面壳体里注入高压水的流量与压力，使球体内接多面壳体在具有一定流量、压力的液体作用下涨形为球体例如附图2。加压过程与该种材料的屈服强度σs、球体直径φ、球体壁厚δ有关。当材料为SUS304不锈钢材料时，所需的最大打压压力为Pmax≤0.025σs；当材料为Q235碳钢材料时，所需的最大打压压力为Pmax≤0.02σs；最终球体外观，可采用样板进行检测。

附图1为采用本发明制造金属标准超薄球体中的工艺过程；附图2为采用本发明制造的金属标准超薄球体；附图3为采用本发明制造金属超薄椭型球壳中的工艺过程；附图4为采用本发明制造的金属超薄椭型球体；附图5为采用本发明制造金属超薄蛋壳型壳体的工艺过程；附图6为采用本发明制造金属超薄蛋壳型球体；附图7为采用本发明制造金属异种材料贴合而成的标准球体中的工艺过程；附图8为采用本发明制造金属的异种材料贴合而成的标准球体。

Claims (3)

1.用于超薄球类壳体制造领域的无模整体液压成形技术。其特征在于：本发明是首先将金属板下料成为具有一定尺寸的矩形板、扇形板，将其卷制成圆柱体和截头锥体，并组焊成球内接多面壳体，在焊接结构中不能出现十字焊缝，将球内接多面壳体内注满水，再将球内接多面壳体进水孔与试压泵高压出水管相连接，通过向球内接多面壳体里注入高压水，使其在液压作用下胀形为金属超薄球体。

2.如权力1所述，其特征在于改变金属矩形板、扇形板的下料尺寸，将其卷制成圆柱体和截头锥体，并组焊成不同曲线旋转后所围成的椭圆球、蛋壳球、水滴球等异型球类内接多面壳体，在焊接结构中不能出现十字焊缝，将异型球类内接多面壳体中注满水，再将异型球类内接多面壳体进水孔与试压泵高压出水管相连接，通过向异型球类内接多面壳体注入高压水，使其在液压作用下胀形为金属椭圆球、蛋壳球或雨滴型多种异形球类超薄壳体。

3.如权力1所述，其特征在于：当将不同材质的金属板下料成为具有一定尺寸和形状的矩形板、扇形板，并分层组焊成异种材料多层球类内接多面壳体，该壳体的层数与组成紧密贴合球类壳体材料种类的数量相同，在焊接结构中不能出现十字焊缝，将异种材料多层球类内接多面壳体内注满水，再将异种材料多层球类内接多面壳体进水孔与试压泵高压出水管相连接，通过向异种材料多层球类内接多面壳体内注入高压水，使其在液压作用下同步完成异种材料紧密贴合与球类壳体的成形两个过程，即可得到异种材料紧密贴合的金属标准球、椭圆球、蛋壳球、雨滴球等多种异型超薄球壳体。

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