[發明專利]雙軸長比橢球容器液壓成形方法

有效

• 申請號: 201310628487.3
• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN103586323A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 苑世劍;滕步剛;徐永超;王小松
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B21D26/02
• 分類號: B21D26/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高媛

技術領域

本發明涉及一種橢球容器液壓成形方法，屬于容器制造領域。

背景技術

橢球容器具有受力均勻、重心低和受風面積小等優點，特別適合于作為石油化工容器和大型水塔，部分橢球殼體做為柱形容器的封頭、大型運載火箭的燃料儲箱箱底封頭等。

傳統成形橢球容器的制造方法一般是模壓法，其制造工序為劃線下料、在壓力機上模壓瓣片、二次切割、組裝焊接。這種方法的缺點是殼體瓣片為雙曲率型面，無法做到精確下料展開；模壓時由于受彈復的影響，往往需要反復的模壓和校形，制造周期長；在組裝焊接時，由于瓣片都是雙曲率的，使組裝和焊接非常困難，精度難于保證，容易形成錯邊。同時由于需要大型模具和壓力機，使得制造成本大大升高，一旦產品的規格發生變化，又需重新制造模具，因此對產品變更的適應性差。而且橢球容器從赤道帶到南北極帶曲率變化，對于大型橢球容器而言，需要多套模具，這是限制橢球容器廣泛應用的主要原因。

為了解決橢球容器制造存在的難題，申請者提出了橢球容器的整體無模液壓成形方法，其基本原理是用一個封閉的單曲率殼去逼近一個雙曲率旋轉橢球殼，在單曲率殼體中充入液體壓力介質使之發生塑性變形并逐步脹形成為一個雙曲率旋轉橢球殼，其基本工藝過程為：將板料切割成一定形狀的板坯（包括極板和側瓣），在卷彎設備上將側瓣予彎成一定形狀的單曲率殼板，將這些單曲率殼板與上下極板組裝焊接成封閉殼體，充入水或油壓力介質，加壓使殼體發生塑性變形，在內壓作用下，多面殼體脹形為雙曲率橢球殼體。

與球形容器無模液壓成形相比，橢球受力和變形更為復雜，并不是簡單的脹形變形。橢球由于各處曲率不同，無模液壓成形時，各處應力狀態不同，能否順利成形與橢球軸長比λ（長軸與短軸長度之比）有很大關系。申請者通過大量實驗證明，對于軸長比λ₁小于的橢球液壓脹形，可以順利成形合格產品；而對于軸長比λ大于的橢球，在內壓作用下，由于赤道帶附近受緯向壓應力作用，成形過程中易發生失穩起皺，無法成形出合格產品，如圖1和圖2所示。

為了解決該問題，對于軸長比λ大于的橢球液壓成形，申請者曾提出極板限位和中心管限位的橢球容器無模液壓成形方法。

極板限位成形方法是單曲率橢球脹形到一定階段后，通過壓力機壓緊上下極板進行軸向約束，如圖3，實驗表明，在軸向約束下，殼體變形很快轉向赤道區域，原來有起皺趨勢的焊縫區域很快與板面協調變形，失穩減小，最后平滑過渡。該方法的缺點是，對于直徑較大的橢球容器，則需要較大臺面尺寸和開口高度的壓力機，例如，長軸和短軸分別為5m和3m的橢球需要壓力機的臺面達到5m×5m的臺面以上，開口高度達到3m以上，而且對于該尺寸橢球，裝滿水后，僅水的重量就重達40噸左右，對液壓機下臺面及基礎都有較高的承載要求，因此，通過壓力機限位的方法不適合在工程上制造大型橢球容器。

中心管限位成形方法是指帶有中心管限位的橢球脹形，橢球脹形時需分步成形，先將彎卷后的側瓣與中心管組裝焊接，脹形完成后，將中心管切去，在焊上上下極板，進行二次脹形。該方法的缺點是工藝復雜、需二次成形；脹形時，中心管受外壓作用，容易失穩壓癟，因此，需要較厚的中心管，增加制造成本；試驗表明，脹形時，側瓣與中心管焊接處，所受應力較大，焊縫容易脹裂，如圖4所示。

發明內容

本發明是為解決軸長比λ大于的橢球容器成形時，因長半軸附近在緯向壓應力作用下，發生失穩起皺的問題，進而提供雙軸長比橢球容器液壓成形方法。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：本發明的雙軸長比橢球容器液壓成形方法是按照以下步驟實現的，步驟一、根據設計要求的軸長比λ，確定拉壓分界設計點，

α=arttanλ2-2λ2]]>

其中，α為軸長比為λ時的設計球心角，單位為角度；其中，設計球心角α所對應的橢球上的點A為拉壓分界設計點；

步驟二、極板和側瓣的坯料確定