專利名稱：無模整體液壓成形超薄球類殼體技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是超薄球類殼體制造領域的無模整體液壓成形技術。
超薄球類殼體是指，殼體直徑與殼體壁厚之比大于1500的金屬標準球、橢形球、蛋殼球、雨滴球及其異種材料貼合成的標準球、橢形球、蛋殼球、雨滴球等多種異形球類殼體。超薄球類殼體以其良好的受力特性，在與普通柱型罐直徑和受相等內壓力的前提下，超薄壁球類殼體的壁厚儀為普通柱型罐壁厚的一半；在材料面積一定的前提下，以組成超薄壁球類殼體的容積最大。另外其特有的美麗外觀，風壓值、雪壓值低，而倍受使用者的重視。但是傳統的制造工藝復雜，需要昂貴的設備和模具；而于工操作勞動強度又十分大，外觀質量也很差，影響了超薄球類殼體的應用。
目前國內外生產超薄球類殼體的方法有三種。第一種方法首先是在經過復雜計算后，將金屬板材下料成梯形板，通過油壓機將板料在專用模具下，壓制成一定尺寸規格的球瓣，最后將球瓣組焊成超薄球類殼體。這種方法的缺點是計算復雜、加工難度大，需要昂貴的大型油壓機、模具和工裝。此外，用這種方法不易擴大或縮小球殼直徑，因為每一種尺寸規格的球瓣均需要一套與之相適應的專用模具，這就會大大地增加所生產出的超薄球類殼體的生產成本。另外由于薄板具有很大的反彈性，不但在球皮壓制過程中會產生變形，就是在對其壓好的球皮進行組焊時也極易產生變形，影響了其外觀尺寸和質量。致使這種超薄球類殼體很難推廣和使用。見GB150-89和GB12337-90；化工設備設計全書編輯委員會1983年編輯出版的《球形容器設計》。1991年第三期《壓力容器》中介紹到的由于工藝難度大，到目前為止只有很少的一些工業發達國家采用上述傳統的工藝技術生產少量的超薄球類殼體容器。而內外層為異種材料緊密貼合沒有間隙的超薄壁球類殼體的制造就更困難了。美國、日本和前蘇聯也只是采用上述傳統的工藝技術生產制造了少量的有間隙的雙層超薄壁球類殼體。第二種方法是將金屬板下料成梯形板料，然后通過手工操作，在底模上將金屬梯形板料敲打加工成一塊塊球類超薄壁殼體球皮的各個部分，最后將其組焊在事先制造好的金屬框架上，得到組焊成的球類超薄殼體。這種球類超薄殼體制作技術的缺點是首先需要與球類超薄殼體外形曲率相同的模具，高質量的模具制造困難、費用高；手工操作在底模上將金屬板敲打加工成一塊塊球類超薄殼體的各部分時，勞動強度十分大、生產周期長、而且會產生很大的噪音，敲打出殼體的表面有凹凸點，最后將其組焊在事先制造好的金屬框架上，不但需要制造高精度的金屬框架，而且組焊質量很難控制；各部組對焊接十分困難，由于金屬球皮薄，加熱會造成嚴重的變形，由此生產出的球體外形整體尺寸誤差大，表面光潔度差。致使這種在美術雕塑、和建筑水塔、水箱及常壓儲罐上有著廣泛應用的球類超薄殼體不能被廣泛使用第三種方法是“一節柱體和截頭錐爆炸成形的球殼”。其特征是首先將金屬材料下料成一定尺寸和形狀的板料，并將其在卷板機上卷制成圓柱體和錐臺體(或者全部為錐臺體)將其組焊成球內接多面殼體，再將一定參數的炸藥放在殼體內經過精確計算后的規定位置上，通過水將炸藥爆炸時產生的能量轉遞給金屬板使球殼無模高能成形，從而得到金屬超薄球類殼體。這種技術雖然克服了上述兩種制造超薄球類殼體技術中的缺點，但是由于這種技術是利用炸藥作為能源來完成成型的，而炸藥的使用是有著極其嚴格的法律規定的。致使該技術應用起來有一定的難度。見王南海，一節柱體和截頭錐爆炸成形的球殼，中國專利88220048.8。
本發明的目的是克服上述現有技術的缺點，提出一種新的球類超薄殼體無模整體液壓成形制造技術。其特征在于本發明是首先將金材料下料成為一定尺寸和形狀的矩形板、扇型板，或者全部為扇型板料；將其卷焊成圓柱體和截頭圓錐體，再組焊成錐柱結構球內接多面殼體，或者錐錐結構球內接多面殼體，全部焊縫不允許出現十字焊縫；將球體內接多面殼體里注滿水；再將球體內接多面殼體進水孔與液壓泵高壓出水管相連接，通過閥門與開關來控制向球體內接多面殼體里注入高壓水的流量與壓力，使球體內接多面殼體在具有一定流量、壓力的液體作用下脹形為球體。當改變金屬板料的下料尺寸和形狀，將其組焊成不同曲線旋轉所圍成的橢圓球、蛋殼球、水滴球等異型殼體內接多面殼體后，同樣將異型球內接多面殼體里注滿水；再將異型球內接多面殼體進水孔與液壓泵高壓出水管相連接，通過閥門與開關來控制向異型球內接多面殼體里注入高壓水的流量與壓力，使異型球內接多面殼體在具有一定流量、壓力的液體作用下漲形成為橢圓球、蛋殼球或水滴球等異型球殼體。如果將不同材質的金屬板料分別下料成為具有一定尺寸和形狀的板料，再將其分層組焊成異種材料多層標準球、異型球類內接多面殼體，該殼體的層數與組成貼合球類殼體材料種類的數量相同，將異種材料多層球類殼體內接多面殼體內灌滿水，再將異種材料多層球類內接多面殼體進水孔與液壓泵高壓出水管相連接，通過閥門與開關來控制向異種材料多層球類內接多面殼體里注入高壓水的流量與壓力，使異種材料多層球類內接多面殼體在具有一定流量、壓力的液體作用下脹形成為異種材料多層緊密貼合而成橢圓球、蛋殼球或水滴球等異種材料多層異型球類殼體。無模整體液壓成形超薄球類殼體技術，克服現有技術的缺點，是生產金屬超薄球類殼體及其異種材料貼合而成的超薄球類殼體理想、經濟、實用的制造技術。該技術具有如下特點①.不使用油壓機、模具、雷管、炸藥和手工敲打即可生產制造出任意直徑尺寸和形狀的球類超薄殼體，和異種材料多層緊密貼合而成的多層異型球類殼體；②.設計簡單、材料利用率提高到85％，(而傳統的制造技術材料利用率僅為65％)；③.焊縫數量少，并可采用在轉胎上進行自動焊，焊接質量易控制，焊接速度快；④.采用液壓整體成型方法，操作簡單易行，生產成本大大降低；⑤.殼體表面為原始金屬材料狀態，無敲打痕跡和凹凸不平的現象，如果將焊縫打磨拋光，球體整體如鏡，非常靚麗，球體直徑誤差大大低于3‰的國家標準；⑥.加工過程中金屬材料機械性能不被破壞，并可消除殼體的殘余應力，殼體無變形；⑦.該技術只需要卷板機、焊機、液壓泵等設備，中小型容器廠和個體鉚焊戶均具備生產條件；⑧.該項技術即可用于金屬超薄標準球及超薄橢型球、蛋殼球或雨滴型球體等球類殼體的制造，也可用于及其異種材料貼合的金屬超薄標準球及超薄橢型球、蛋殼球或雨滴型球體等球類殼體的制造，具有廣泛的應用領域。
以金屬超薄標準球制造過程為例，本發明可以按以下過程實現①.將金屬板料經計算分別下料為卷制一節圓柱體所需的矩形料和若干塊卷制成錐臺體的扇形料，(也可以將金屬板全部下料成若干塊卷制成錐臺體所需的扇形料)，而后根據設計結構的要求先將卷制好的金屬板組焊成超薄球體殼內接多面體，例如附

圖1中(1)、(2)、(3)；②.然后用兩個金屬圓板分別封住殼體兩端，例如附圖1中的(4)、(5)、在組焊好的超薄球體殼上端開一一圓孔，降水注入殼體灌滿，作為傳壓介質，例如附圖1中(6)；③.將球體內接多面殼體進水孔與液壓泵高壓出水管相連接，例如附圖1中(7)；④.在組焊好的超薄球體殼上端接一放氣閥，例如附圖1中(8)；⑤.并在球體內接多面殼體進水孔與試壓泵高壓出水管相連的水管上接通一個壓力表；附圖1中(9)；過閥門，例如附圖1中(10)，來控制向球體內接多面殼體里注入高壓水的流量與壓力，使球體內接多面殼體在具有一定流量、壓力的液體作用下漲形為球體例如附圖2。加壓過程與該種材料的屈服強度σs、球體直徑φ、球體壁厚δ有關。當材料為SUS304不銹鋼材料時，所需的最大打壓壓力為Pmax≤0.025σs；當材料為Q235碳鋼材料時，所需的最大打壓壓力為Pmax≤0.02σs；最終球體外觀，可采用樣板進行檢測。
附圖1為采用本發明制造金屬標準超薄球體中的工藝過程；附圖2為采用本發明制造的金屬標準超薄球體；附圖3為采用本發明制造金屬超薄橢型球殼中的工藝過程；附圖4為采用本發明制造的金屬超薄橢型球體；附圖5為采用本發明制造金屬超薄蛋殼型殼體的工藝過程；附圖6為采用本發明制造金屬超薄蛋殼型球體；附圖7為采用本發明制造金屬異種材料貼合而成的標準球體中的工藝過程；附圖8為采用本發明制造金屬的異種材料貼合而成的標準球體。
權利要求
1.用于超薄球類殼體制造領域的無模整體液壓成形技術。其特征在于本發明是首先將金屬板下料成為具有一定尺寸的矩形板、扇形板，將其卷制成圓柱體和截頭錐體，并組焊成球內接多面殼體，在焊接結構中不能出現十字焊縫，將球內接多面殼體內注滿水，再將球內接多面殼體進水孔與試壓泵高壓出水管相連接，通過向球內接多面殼體里注入高壓水，使其在液壓作用下脹形為金屬超薄球體。
2.如權力1所述，其特征在于改變金屬矩形板、扇形板的下料尺寸，將其卷制成圓柱體和截頭錐體，并組焊成不同曲線旋轉后所圍成的橢圓球、蛋殼球、水滴球等異型球類內接多面殼體，在焊接結構中不能出現十字焊縫，將異型球類內接多面殼體中注滿水，再將異型球類內接多面殼體進水孔與試壓泵高壓出水管相連接，通過向異型球類內接多面殼體注入高壓水，使其在液壓作用下脹形為金屬橢圓球、蛋殼球或雨滴型多種異形球類超薄殼體。
3.如權力1所述，其特征在于當將不同材質的金屬板下料成為具有一定尺寸和形狀的矩形板、扇形板，并分層組焊成異種材料多層球類內接多面殼體，該殼體的層數與組成緊密貼合球類殼體材料種類的數量相同，在焊接結構中不能出現十字焊縫，將異種材料多層球類內接多面殼體內注滿水，再將異種材料多層球類內接多面殼體進水孔與試壓泵高壓出水管相連接，通過向異種材料多層球類內接多面殼體內注入高壓水，使其在液壓作用下同步完成異種材料緊密貼合與球類殼體的成形兩個過程，即可得到異種材料緊密貼合的金屬標準球、橢圓球、蛋殼球、雨滴球等多種異型超薄球殼體。
全文摘要
超薄球類殼體以其良好受力特性、美麗外觀和節省材料,而倍受使用者重視。而傳統復雜的制造技術,使其不能被廣泛應用。無模整體液壓成形超薄球類殼體技術,簡化了金屬標準球、橢圓球、蛋殼球和雨滴球等多種異型球類殼體及其異種材料貼合而成的金屬多種異型球類殼體的制造過程。生產成本僅為傳統技術制造相同殼體的1/20,生產周期的1/50,該技術是生產金屬超薄球類殼體及其異種材料貼合而成的超薄球類殼體理想、經濟、實用的制造技術。
文檔編號B21D26/02GK1329952SQ0010785
公開日2002年1月9日 申請日期2000年6月27日 優先權日2000年6月27日
發明者王南海 申請人:王南海