， ，

(1.大連頂金通用設(shè)備制造股份有限公司，遼寧 大連 116100；2.大連金州重型機(jī)器集團(tuán)有限公司，遼寧 大連 116100)

罐式集裝箱的罐體主要用于盛裝工業(yè)氣體和液體產(chǎn)品。這些產(chǎn)品中部分是危險(xiǎn)品，或易燃、易爆，或有毒、有害，或有腐蝕性等，對(duì)儲(chǔ)存容器的承壓性能要求較高。因此，罐式集裝箱儲(chǔ)罐的截面主要為圓形、橢圓形和近似圓形[1-2]。近些年我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，道路運(yùn)輸能力相對(duì)不足，罐式集裝箱開(kāi)始向著體積增大的方向發(fā)展，其罐式容器的筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也隨之改進(jìn)，這對(duì)封頭的制造技術(shù)與方法研究也提出了更高要求。文中介紹了一種新型異形薄壁、特材、超大型草帽式3層異形封頭設(shè)計(jì)理念[3-4]。針對(duì)這種異形封頭，提出了一種制造新技術(shù)與方法。

1 異形封頭設(shè)計(jì)理念與制造現(xiàn)狀

新型異形薄壁、特材、超大型草帽式3層異形封頭的結(jié)構(gòu)見(jiàn)示圖1。設(shè)計(jì)這種異形封頭時(shí)不但考慮了配合罐式集裝箱的特殊形狀，而且還考慮了吸收氣體或液體膨脹等功能，可以確保在遇到儲(chǔ)運(yùn)的氣體或液體膨脹系數(shù)大、物理或化學(xué)穩(wěn)定性差等情況時(shí)，這種異形封頭不但可以承壓，而且還能釋放罐式集裝箱罐內(nèi)壓力。

圖1 新型異形封頭結(jié)構(gòu)示圖

圖1的罐體異形封頭為針對(duì)八面體異形罐設(shè)計(jì)的封頭，該八面體異形罐兼有運(yùn)、儲(chǔ)2種功能，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。圖2中的異形罐筒體由8個(gè)弧面組成，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于與其相連接的封頭的設(shè)計(jì)與制造要求均較高[5-7]。

圖2 八面體異形罐結(jié)構(gòu)示圖

受技術(shù)水平限制，在新型異形封頭的制造上，常規(guī)的制造封頭技術(shù)還存在許多缺點(diǎn)與不足。比如無(wú)法實(shí)現(xiàn)異形封頭的緩沖功能結(jié)構(gòu)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)此種封頭一次壓制成型，對(duì)鼓包褶皺點(diǎn)采用的火烤和錘砸等人工方法，會(huì)嚴(yán)重影響封頭的表面及成型質(zhì)量等[8]。因此，采用常規(guī)制造封頭技術(shù)目前還無(wú)法制造這種新型異形封頭。

2 異形封頭制造新技術(shù)與方法[9-11]

2.1 制造機(jī)具準(zhǔn)備

(1)多動(dòng)壓機(jī)[12]多動(dòng)壓機(jī)主要由壓邊頂桿、拉環(huán)頂桿、主砧頭頂桿、底座、頂出缸、壓機(jī)立柱、機(jī)頭、壓邊油缸、拉環(huán)油缸、主油缸、壓邊砧頭、拉環(huán)砧頭及主砧頭等零部件組成。多動(dòng)壓機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

1.壓機(jī)立柱 2.壓邊砧頭 3.拉環(huán)砧頭 4.主砧頭 5.機(jī)頭 6.壓邊油缸 7.拉環(huán)油缸 8.主油缸 9.主砧頭頂桿 10.拉環(huán)頂桿 11.壓邊頂桿 12.頂出缸 13.底座圖3 多動(dòng)壓機(jī)結(jié)構(gòu)

此專門(mén)研制的多動(dòng)壓機(jī)為異形封頭的壓制成型提供了可能，完成滿足異形封頭的壓型工藝，同時(shí)填補(bǔ)了東北大壓機(jī)的空白。

(2)多動(dòng)模具 多動(dòng)模具主要由上模具和下模具組成，其中上模具包括壓邊模具、拉環(huán)模具、主模具。多動(dòng)模具結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖4。

多動(dòng)模具通過(guò)改變傳統(tǒng)模具的材料[13]及結(jié)構(gòu)，不但降低了模具材料成本和加工成本，而且使壓制的異形封頭能更加完美地實(shí)現(xiàn)工藝成型，并降低異形封頭的厚度[14]，突破了傳統(tǒng)模具加工封頭的瓶頸。

(3)異形封頭成型組件 異形封頭成型組件包括墊片，其中墊片分為上墊板和下墊板。

圖4 多動(dòng)模具結(jié)構(gòu)

(4)壓機(jī)的調(diào)整 首先根據(jù)封頭板坯的材質(zhì)、厚度計(jì)算主油缸、拉環(huán)油缸、壓邊油缸的壓力和保壓時(shí)間。其次從人機(jī)界面中輸入各油缸的壓力值、保壓時(shí)間和運(yùn)行速度，多動(dòng)壓機(jī)保壓程序與多動(dòng)壓機(jī)保壓時(shí)間，各油缸的動(dòng)作順序和間隔時(shí)間。再次，調(diào)試頂出缸的動(dòng)作，使其安全可靠、動(dòng)作靈敏。最后，多動(dòng)壓機(jī)模擬運(yùn)行，確保運(yùn)行設(shè)定值準(zhǔn)確無(wú)誤，并用手動(dòng)方式將多動(dòng)壓機(jī)各動(dòng)作副調(diào)整到原始位置。

(5)模具安裝 用偏心螺栓連接多動(dòng)模具和多動(dòng)壓機(jī)，并通過(guò)偏心螺栓調(diào)整壓邊模具、拉環(huán)模具、主模具、下模具和多動(dòng)壓機(jī)，使它們同軸。

(6)封頭板坯下料 將多塊板材進(jìn)行拼接、組焊，使其成為整塊板。將此板進(jìn)行熱處理加工，并切割成所需的形狀，使其成為滿足要求的封頭板坯。

(7)多動(dòng)壓機(jī)、多動(dòng)模具、封頭板坯相對(duì)位置 將多動(dòng)壓機(jī)、多動(dòng)模具以及封頭板坯按圖5所示的位置順序安裝完成之后，多動(dòng)壓機(jī)通過(guò)預(yù)先設(shè)定的程序，由不同部件實(shí)現(xiàn)分步運(yùn)行，與多動(dòng)模具的不同功能模具塊進(jìn)行壓制配合，使封頭板坯經(jīng)歷定位、拉伸、成型、保壓等階段，進(jìn)而形成異形封頭的毛坯雛形。

圖5 多動(dòng)壓機(jī)、多動(dòng)模具、封頭板坯相對(duì)位置

2.2 毛坯壓制程序

將封頭板坯放入到上、下模具之間，開(kāi)啟多動(dòng)壓機(jī)的自動(dòng)壓制毛坯按鈕，多動(dòng)壓機(jī)會(huì)按照第一階段預(yù)先調(diào)整好的動(dòng)作與程序開(kāi)始運(yùn)行。運(yùn)行程序會(huì)按照板坯定位、板坯拉伸、板坯成型、板坯保壓、順序返回原點(diǎn)、熱處理以及校正處理的步驟逐一執(zhí)行毛坯壓制過(guò)程。

2.2.1板坯定位

壓邊油缸按照設(shè)定的速度向下模具方向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)壓力傳感器傳出壓力信號(hào)，與之前所設(shè)定的壓邊油缸壓力值進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際的壓邊油缸壓力值等于或者大于設(shè)定的壓力值時(shí)，壓邊油缸的保壓程序啟動(dòng)，并在一定的時(shí)間間隔內(nèi)觸發(fā)主油缸向下模具運(yùn)行程序使之開(kāi)啟。此時(shí)板坯定位程序完成，板坯的塑性變形形狀與壓邊模具和下模具的形狀是完全貼合的。

2.2.2板坯拉伸

主油缸運(yùn)行程序開(kāi)啟之后，會(huì)按照設(shè)定的速度向下模具方向運(yùn)行，此時(shí)板坯會(huì)按照主模具的形狀拉伸變形，當(dāng)實(shí)際的主油缸壓力值等于或者大于設(shè)定的壓力值時(shí)，主油缸的保壓程序啟動(dòng)，并在一定的時(shí)間間隔內(nèi)觸發(fā)拉環(huán)油缸的運(yùn)行程序并使之開(kāi)啟。此時(shí)板坯拉伸完成，其變形形狀與主模具的形狀完全貼合。

2.2.3板坯成型

拉環(huán)油缸運(yùn)行程序開(kāi)啟后，會(huì)按照設(shè)定的速度向下模具方向運(yùn)行，此時(shí)板坯會(huì)按照拉環(huán)油缸和下模具的形狀拉伸變形，當(dāng)實(shí)際的拉環(huán)油缸壓力值等于或大于設(shè)定的壓力值時(shí)，拉環(huán)油缸的保壓程序啟動(dòng)，并同時(shí)觸發(fā)多動(dòng)壓機(jī)的保壓運(yùn)行程序開(kāi)啟。此時(shí)板坯成型完成，其變形形狀與拉環(huán)油缸和下模具的形狀完全貼合。

2.2.4板坯保壓

多動(dòng)壓機(jī)的保壓程序開(kāi)啟后，多動(dòng)壓機(jī)會(huì)按照設(shè)定的保壓時(shí)間進(jìn)行板坯的保壓，直到達(dá)到所設(shè)定的保壓時(shí)間后，觸發(fā)主油缸、拉環(huán)油缸、壓邊油缸按照順序返回原點(diǎn)命令，此時(shí)板坯保壓完成，進(jìn)入到順序返回原點(diǎn)命令。

2.2.5順序返回原點(diǎn)

順序返回原點(diǎn)程序開(kāi)啟后，多動(dòng)壓機(jī)會(huì)按照主油缸返回原點(diǎn)、拉環(huán)油缸返回原點(diǎn)、壓邊油缸返回原點(diǎn)的順序逐一實(shí)現(xiàn)各部位的回歸。當(dāng)最后壓邊油缸返回原點(diǎn)完成后，接下來(lái)會(huì)觸發(fā)頂出缸頂出命令，進(jìn)入到熱處理工序中。

2.2.6熱處理[15]

頂出缸頂出命令啟動(dòng)后，成型后的板坯(此時(shí)可以稱為毛坯)將被頂出，然后從上、下模具之間取出，完成熱處理工序，并進(jìn)行噴砂處理。然后，再次放入到上、下模具之間，以準(zhǔn)備進(jìn)行校正處理。

2.2.7校正處理

先將頂出缸復(fù)位，然后再次開(kāi)啟自動(dòng)壓制毛坯按鈕，重復(fù)之前的定位、拉伸、成型、保壓、順序返回原點(diǎn)的步驟，異形毛坯的壓制步驟完成。

2.3 放置成型墊板

參照?qǐng)D6，用頂出缸將封頭毛坯頂出，以便進(jìn)行測(cè)量和放置墊板。查找毛坯的鼓包褶皺點(diǎn)，測(cè)量其最大尺寸，并選擇可完全覆蓋鼓包褶皺點(diǎn)的上墊板和下墊板。用鈉基潤(rùn)滑脂將上墊板粘接到上模具上，下墊板粘接到下模具上。最后測(cè)量鼓包褶皺點(diǎn)的凸凹尺寸，按照凸凹尺寸的大小選擇上墊板和下墊板之和的墊片層數(shù)(墊片分為上下兩層，墊片的上層為上墊板，墊片的下層為下墊板),墊片的層與層之間采用鈉基潤(rùn)滑脂粘接。

1.上模具 2.上墊板 3.鼓包褶皺點(diǎn) 4.下墊板 5.下模具 6.涂鈉基潤(rùn)滑脂處圖6 放置成型墊板和成型壓制示圖

2.4 成型壓制程序

參照?qǐng)D6，將頂出缸復(fù)位，然后開(kāi)啟自動(dòng)壓制毛坯按鈕，重復(fù)毛坯壓制程序的板坯定位～順序返回原點(diǎn)5個(gè)步驟，并反復(fù)進(jìn)行，直至鼓包褶皺點(diǎn)消除。

2.5 切割成型

參照?qǐng)D7，在成型壓制后的封頭毛坯上，劃出異形封頭的切割線。然后用等離子切割機(jī)配機(jī)械手等設(shè)備按照切割線進(jìn)行切割，再進(jìn)行必要的研形和打磨，最終得到理想的異形封頭。

圖7 異形封頭切割成型示圖

3 結(jié)語(yǔ)

介紹了一種罐式集裝箱封頭的制造技術(shù)和方法。該技術(shù)打破了常規(guī)封頭制造技術(shù)的限制，可以制造出具有一定形狀變形而增大封頭體積的異形封頭或具有一定伸縮空間的彈性變形的異形封頭。采用這種新技術(shù)方法制造封頭，可降低封頭自重，延長(zhǎng)封頭使用壽命，縮短封頭的制造周期，提高生產(chǎn)效率，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可減少人工成本。采用該技術(shù)制造的異形封頭，可以配合八面體罐體等新型罐式集裝箱儲(chǔ)運(yùn)容器實(shí)現(xiàn)承壓、緩沖、增大儲(chǔ)運(yùn)體積等功能，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。