一种异形封头制造新技术与方法

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(1.大连顶金通用设备制造股份有限公司，辽宁 大连 116100；2.大连金州重型机器集团有限公司，辽宁 大连 116100)

罐式集装箱的罐体主要用于盛装工业气体和液体产品。这些产品中部分是危险品，或易燃、易爆，或有毒、有害，或有腐蚀性等，对储存容器的承压性能要求较高。因此，罐式集装箱储罐的截面主要为圆形、椭圆形和近似圆形[1-2]。近些年我国经济发展迅速，道路运输能力相对不足，罐式集装箱开始向着体积增大的方向发展，其罐式容器的筒体结构设计和封头结构设计也随之改进，这对封头的制造技术与方法研究也提出了更高要求。文中介绍了一种新型异形薄壁、特材、超大型草帽式3层异形封头设计理念[3-4]。针对这种异形封头，提出了一种制造新技术与方法。

1 异形封头设计理念与制造现状

新型异形薄壁、特材、超大型草帽式3层异形封头的结构见示图1。设计这种异形封头时不但考虑了配合罐式集装箱的特殊形状，而且还考虑了吸收气体或液体膨胀等功能，可以确保在遇到储运的气体或液体膨胀系数大、物理或化学稳定性差等情况时，这种异形封头不但可以承压，而且还能释放罐式集装箱罐内压力。

图1 新型异形封头结构示图

图1的罐体异形封头为针对八面体异形罐设计的封头，该八面体异形罐兼有运、储2种功能，其结构见图2。图2中的异形罐筒体由8个弧面组成，这种结构对于与其相连接的封头的设计与制造要求均较高[5-7]。

图2 八面体异形罐结构示图

受技术水平限制，在新型异形封头的制造上，常规的制造封头技术还存在许多缺点与不足。比如无法实现异形封头的缓冲功能结构，无法实现此种封头一次压制成型，对鼓包褶皱点采用的火烤和锤砸等人工方法，会严重影响封头的表面及成型质量等[8]。因此，采用常规制造封头技术目前还无法制造这种新型异形封头。

2 异形封头制造新技术与方法[9-11]

2.1 制造机具准备

(1)多动压机[12]多动压机主要由压边顶杆、拉环顶杆、主砧头顶杆、底座、顶出缸、压机立柱、机头、压边油缸、拉环油缸、主油缸、压边砧头、拉环砧头及主砧头等零部件组成。多动压机结构见图3。

1.压机立柱 2.压边砧头 3.拉环砧头 4.主砧头 5.机头 6.压边油缸 7.拉环油缸 8.主油缸 9.主砧头顶杆 10.拉环顶杆 11.压边顶杆 12.顶出缸 13.底座图3 多动压机结构

此专门研制的多动压机为异形封头的压制成型提供了可能，完成满足异形封头的压型工艺，同时填补了东北大压机的空白。

(2)多动模具 多动模具主要由上模具和下模具组成，其中上模具包括压边模具、拉环模具、主模具。多动模具结构图见图4。

多动模具通过改变传统模具的材料[13]及结构，不但降低了模具材料成本和加工成本，而且使压制的异形封头能更加完美地实现工艺成型，并降低异形封头的厚度[14]，突破了传统模具加工封头的瓶颈。

(3)异形封头成型组件 异形封头成型组件包括垫片，其中垫片分为上垫板和下垫板。

图4 多动模具结构

(4)压机的调整 首先根据封头板坯的材质、厚度计算主油缸、拉环油缸、压边油缸的压力和保压时间。其次从人机界面中输入各油缸的压力值、保压时间和运行速度，多动压机保压程序与多动压机保压时间，各油缸的动作顺序和间隔时间。再次，调试顶出缸的动作，使其安全可靠、动作灵敏。最后，多动压机模拟运行，确保运行设定值准确无误，并用手动方式将多动压机各动作副调整到原始位置。

(5)模具安装 用偏心螺栓连接多动模具和多动压机，并通过偏心螺栓调整压边模具、拉环模具、主模具、下模具和多动压机，使它们同轴。

(6)封头板坯下料 将多块板材进行拼接、组焊，使其成为整块板。将此板进行热处理加工，并切割成所需的形状，使其成为满足要求的封头板坯。

(7)多动压机、多动模具、封头板坯相对位置 将多动压机、多动模具以及封头板坯按图5所示的位置顺序安装完成之后，多动压机通过预先设定的程序，由不同部件实现分步运行，与多动模具的不同功能模具块进行压制配合，使封头板坯经历定位、拉伸、成型、保压等阶段，进而形成异形封头的毛坯雏形。

图5 多动压机、多动模具、封头板坯相对位置

2.2 毛坯压制程序

将封头板坯放入到上、下模具之间，开启多动压机的自动压制毛坯按钮，多动压机会按照第一阶段预先调整好的动作与程序开始运行。运行程序会按照板坯定位、板坯拉伸、板坯成型、板坯保压、顺序返回原点、热处理以及校正处理的步骤逐一执行毛坯压制过程。

2.2.1板坯定位

压边油缸按照设定的速度向下模具方向运动，通过压力传感器传出压力信号，与之前所设定的压边油缸压力值进行比较，当实际的压边油缸压力值等于或者大于设定的压力值时，压边油缸的保压程序启动，并在一定的时间间隔内触发主油缸向下模具运行程序使之开启。此时板坯定位程序完成，板坯的塑性变形形状与压边模具和下模具的形状是完全贴合的。

2.2.2板坯拉伸

主油缸运行程序开启之后，会按照设定的速度向下模具方向运行，此时板坯会按照主模具的形状拉伸变形，当实际的主油缸压力值等于或者大于设定的压力值时，主油缸的保压程序启动，并在一定的时间间隔内触发拉环油缸的运行程序并使之开启。此时板坯拉伸完成，其变形形状与主模具的形状完全贴合。

2.2.3板坯成型

拉环油缸运行程序开启后，会按照设定的速度向下模具方向运行，此时板坯会按照拉环油缸和下模具的形状拉伸变形，当实际的拉环油缸压力值等于或大于设定的压力值时，拉环油缸的保压程序启动，并同时触发多动压机的保压运行程序开启。此时板坯成型完成，其变形形状与拉环油缸和下模具的形状完全贴合。

2.2.4板坯保压

多动压机的保压程序开启后，多动压机会按照设定的保压时间进行板坯的保压，直到达到所设定的保压时间后，触发主油缸、拉环油缸、压边油缸按照顺序返回原点命令，此时板坯保压完成，进入到顺序返回原点命令。

2.2.5顺序返回原点

顺序返回原点程序开启后，多动压机会按照主油缸返回原点、拉环油缸返回原点、压边油缸返回原点的顺序逐一实现各部位的回归。当最后压边油缸返回原点完成后，接下来会触发顶出缸顶出命令，进入到热处理工序中。

2.2.6热处理[15]

顶出缸顶出命令启动后，成型后的板坯(此时可以称为毛坯)将被顶出，然后从上、下模具之间取出，完成热处理工序，并进行喷砂处理。然后，再次放入到上、下模具之间，以准备进行校正处理。

2.2.7校正处理

先将顶出缸复位，然后再次开启自动压制毛坯按钮，重复之前的定位、拉伸、成型、保压、顺序返回原点的步骤，异形毛坯的压制步骤完成。

2.3 放置成型垫板

参照图6，用顶出缸将封头毛坯顶出，以便进行测量和放置垫板。查找毛坯的鼓包褶皱点，测量其最大尺寸，并选择可完全覆盖鼓包褶皱点的上垫板和下垫板。用钠基润滑脂将上垫板粘接到上模具上，下垫板粘接到下模具上。最后测量鼓包褶皱点的凸凹尺寸，按照凸凹尺寸的大小选择上垫板和下垫板之和的垫片层数(垫片分为上下两层，垫片的上层为上垫板，垫片的下层为下垫板),垫片的层与层之间采用钠基润滑脂粘接。

1.上模具 2.上垫板 3.鼓包褶皱点 4.下垫板 5.下模具 6.涂钠基润滑脂处图6 放置成型垫板和成型压制示图

2.4 成型压制程序

参照图6，将顶出缸复位，然后开启自动压制毛坯按钮，重复毛坯压制程序的板坯定位～顺序返回原点5个步骤，并反复进行，直至鼓包褶皱点消除。

2.5 切割成型

参照图7，在成型压制后的封头毛坯上，划出异形封头的切割线。然后用等离子切割机配机械手等设备按照切割线进行切割，再进行必要的研形和打磨，最终得到理想的异形封头。

图7 异形封头切割成型示图

3 结语

介绍了一种罐式集装箱封头的制造技术和方法。该技术打破了常规封头制造技术的限制，可以制造出具有一定形状变形而增大封头体积的异形封头或具有一定伸缩空间的弹性变形的异形封头。采用这种新技术方法制造封头，可降低封头自重，延长封头使用寿命，缩短封头的制造周期，提高生产效率，降低操作人员的劳动强度，还可减少人工成本。采用该技术制造的异形封头，可以配合八面体罐体等新型罐式集装箱储运容器实现承压、缓冲、增大储运体积等功能，具有推广应用价值。