双曲面水罐罐顶瓣片压制用冷压设备的研制-.ppt

1一、包钢矿浆管道输送工程全长81km，矿浆管道设计每年输送能力550万t,供水管道全长130km，设计每年输送水2000万m3。该矿浆管道输送能力为目前国内浆送管道之最，排行国际铁精浆送管道第二，工程总造价2.3亿元。我公司施工的高压泵房区域2台供水水罐制作安装工程属于包钢矿浆管道输送工程的项目之一。水罐直径18.952m，高21.097m，工作容积为5000m3，单台工程量为290吨，设计温度为-400C400C，设计压力为常压。一.课题简介2二、供水水罐的筒体共分八带，罐顶为球形拱顶，拱顶瓣片为双曲面，瓣片制作工艺复杂，制作难度大，制作安装焊接变形很难控制。以往我公司加工球形结构都是外委加工，由于瓣片制作精度要求高，工艺复杂，外委加工成本很高，且工期紧，质量要求高，所以研究制作一套压制模具进行水罐拱顶板瓣片的制作非常有必要。我公司在没有大型压力设备的前提下，自行进行技术攻关，研究出一套专用球形拱顶压制模具，自制压力机将双曲面拱顶瓣片冷压成型。经过反复压制瓣片试验证明，此压制模具的研制很成功，效果很好。一.课题简介3二、选题理由理由一 以往我公司加工球形结构都是外委加工，此 水罐球形拱顶瓣片制作精度要求高，工艺复杂，且工期紧，外委加工成本很高 理由二我公司目前没有大型压力设备。基于以上理由，我QC小组认为研究制作一套冷压设备进行水罐拱顶板瓣片的制作非常有必要。所以选择“双曲面水罐罐顶瓣片压制用冷压设备的研制”作为活动课题。4三、小组概况小组名称二冶金结公司金钢QC小组课题名称双曲面水罐罐顶瓣片压制用冷压设备的研制活动时间2009年6月19日-9月22日活动次数9次课题类型创新型接受TQC教育时间60小时序号姓名性别年龄文化程度岗位组内分工1韩 露女44大专技术部部长组长2聂静媛 女41大学技术部工程师组员3李占华男39大学项目部技术负责人组员4张 文男50中专项目部质检员组员5许学志男28大专项目部技术员组员5四、设定目标 我QC 小组设定的目标为：研制出压制水罐双曲面罐顶瓣片用模具及压力机，一次性通过评审验收，压制的球形拱顶瓣片及安装完的水罐拱顶弧度、曲率完全达到设计要求。具体目标值为：目标之一1.顶板瓣片脱胎成型后，用弧形样板检查，其间隙偏差控制在10 mm以内。2.安装完的顶板局部凹凸变形 15 mm。目标之二6五、方案提出（一）提出方案：水罐拱顶结构形式为球形结构,直径为18.892m,曲率半径为22.800m,高度为2.069m。罐顶板外圈板厚为14mm,中心顶板为10mm,顶板弧长为8.740m，罐顶材料材质为Q235B。球形结构的制作方法是将球分瓣在胎具上压制成型的。针对课题目标，小组多次召开专项研讨会，运用头脑风暴法，综合考虑工艺、质量、安全等多方面因素，提出了2套可供选择的水罐球形拱顶制作方案。方 案 一：采用热压法进行瓣片的压制。方 案 二：采用冷压法进行瓣片的压制。7(二)、方案分析方案一：采用热压法采用热压法的工艺原理 采用热压法压制水罐球形拱顶瓣片，首先要砌筑一台加热炉，先将剪裁好的罐顶板放在加热炉中加热，待钢板温度达到700800时，立即抽出直接快速的放到压制模具上压制成弧型。8采用热压法的主要优点这种方法成型效果好 制作一个普通的加热炉增加成本 因钢板需加热到规定温度，普通加热炉很难控制温度的情况。若制造一个数控的加热炉可很好的控制温度，但费时费力成本也太高，总体工期也不好保证。采用热压法的主要缺点9方案二：采用冷压法采用冷压法的工艺原理 研制出一套专用球形拱顶压制模具，自制压力机将瓣片冷压成型。即将裁好的罐顶板利用吊具放到压制模具上利用压力机压制成型。10采用冷压法的主要优点采用冷压法的主要缺点此方法经济实惠，操作简单 可以研制出专用压制模具，调节弧度的精度，以保证成型后瓣片弧度的精度。钢板冷压后由于具有塑性所以有一定的回弹，需提前将回弹量算出来。11（三）确定最佳方案小组成员按照课题目标对此两种方案进行全方位综合比较，结果如下：序号方案 评 价 综 合 得 分是否采用 组 员 权 数标 准韩露聂静媛李占华张文许学志1采用热压法难易度质量安全经济性需时间预期效果 32213533211133111115111133131113111111X3=3317X2=346X2=127X1=75X3=155X5=25不采用小计1262采用冷压法难易度质量安全经济性需时间预期效果32213555133533153355133535133333135319X3=5721X2=425X2=1017X1=1717X3=5119X5=95采用小计272经过科研小组的反复比较论证，我们决定选用第二种方案进行施工,即采用冷压法压制水罐球形拱顶。12六、制定对策（一）水罐球形拱顶瓣片压制拼装流程：制作压力机的压力机构研制球罐拱顶瓣片压制模具下料组装焊接排版设计对水罐球形拱顶进行预拼装压制瓣片13（二）对策表小组针对每一步骤制定了对策.序号 要 因 对 策 目 标 措 施实施地点 完 成 时 间 执行人1压力机的压力机构制作 自行研制达到正常使用自行设计、制作制作现场2009.6.19-6.30韩 露 李占华 聂静媛 许学志2研制球罐拱顶瓣片压制模具 自行研制压制出的瓣片符合要求自行设计、制作制作现场2009.6.25-7.15韩 露 李占华 聂静媛 许学志3瓣片压制排版设计根据设计要求及进场材料的规格尺寸进行下料前的排版设计 不浪费材料根据自制压力机的承载力,将罐拱顶排版分带压制制作，根据设计要求及进场材料的规格尺寸进行排版制作现场2009.7.157.18李占华许学志4瓣片下料制作下料样板符合质量要求按详图及施工方案要求下料，做出弧度、角度和直线检验样板进行检验 制作现场2009.7.198.27许学志张 文5压制瓣片 明确压制过程保证按要求压制出瓣片 确定压制各环节制作现场2009.7.209.16韩 露李占华聂静媛6对水罐球形拱顶进行预拼装与安装焊接 制定合理可行的方案保证水罐拱顶的制作安装质量 制定出制作安装方案和预拼装方案，按方案进行预拼装和安装焊接制作现场方案：2009.7.10前；预拼装和安装焊接：2009.7.239.22李占华14七、按对策实施实施一：压力机的压力机构制作 压力机的门型架材料采用I28a；连接千斤顶上梁材料采用H型钢H3003001115，两头堵=6mm钢板；整个压力机底梁采用I32。压力机的压力机构由3个200吨千斤顶组成，压力机结构如图1所示。图1 压力机的压力机构示意图15实施二：研制球罐拱顶瓣片压制模具 我们针对小型的球罐拱顶瓣片压制现有技术，自行研制了一种小压力冷压小型球罐拱顶瓣片压制模具，由于每带上下口半径不同，需要制作4套模具（包括4个上胎、4个下胎），压制模具由上模具（底板、凹形板、横向加劲板），下模具（底板、弓形板、横向加劲板）组成。模具的立板和筋板采用16mm钢板、上模具底板采用30mm钢板、下模具底板采用20mm钢板。制作模具的尺寸经过计算和放样所得。本着节约的原则，模具用料全部可以采用切割余料和边角料，既节约成本，又使得整个压制过程简单快捷。照片如图2：压力结构压制模具图2 压力机构及模具照片16实施三：排版设计 根据我们自制压力机的承载力,将罐拱顶排版分为4带进行压制制作，第一带直径为18920mm,带高为2580mm；第二带直径为14114mm,带高为2580mm；第三带9129mm,带高为2580mm；第四带为中心顶板,直径为4020mm,高度100mm。周长方向第一、第二带30等分，第三带分为15等分,每带之间的纵缝最小不小于300mm，第四带为整体。水罐拱顶排版如图3所示。图3 水罐拱顶排版图 根据设计要求及进场材料的规格尺寸,我们进行了下料前的排版设计，确定将第一、二、三带分为拱顶瓣片共计75片，此3带75片均采用自制压力机进行压制成型，第4带中心整体部分采用火曲方法成型。17实施四：下料 1.顶板的分瓣数量允许根据板材情况适当改变，但应保证分瓣小端的弧长不小于180mm。2.号料时，高度方向按无间隙考虑，展开弧长方向，两端各加800滚曲引头，引头板可接料，但要求接口设在筒体净料最小20外。3.号料要按先做的排板图进行，每带高度长度方向号净料，允许偏差+1、0mm。按详图及施工方案要求，做出弧度、角度和直线检验用样板，样板制作误差应在1.0，弧形样板弦长不应小于2000,直线样板不应小于1000mm.材料切割时采用半自动火焰切割机，切割在抄平的专用切割平台上进行。18实施五：压制瓣片 在罐顶钢板边缘焊接一个吊耳，在被压制钢板上表面盖上钢盖板，钢板与钢盖板间距为500600mm，将卷扬机钢丝绳挂在钢板吊耳上，开动卷扬机将钢板拽到胎具上，拽到胎具上将钢板中心线与胎具中心线对齐，开动压力机将上胎压到钢板上，等钢板与下胎全部靠紧后，关闭压力机，提升压力机将钢板取出。取出钢板后，用样板进行检查。确定出压制过程如下19实施六：对水罐球形拱顶进行预拼装与安装焊接 为了保证水罐拱顶的制作安装质量，我们制定了合理、切实可行的制作安装方案，同时采用辗转拼装法对水罐球形拱顶进行预拼装。具体方法为：将压制好的球形拱顶瓣片按图4（辗转拼装法示意图）在制作现场进行预拼装，并进行测量、调整，当拼装部分弧度、曲率都符合设计要求后，我们将瓣片进行编号，将最右侧编号顺序为12、9、5的瓣片留在原地，其余瓣片按顺序运到安装现场进行组装。然后我们再以12、9、5三瓣片为最左侧将其余瓣片按图继续进行拼装，经测量、调整，瓣片弧度、曲率满足设计要求后，我们再进行编号，还将最右侧的瓣片留下，其余瓣片依次运到安装现场进行组装，以此类推，直至最后一块瓣片拼装完为止。我们利用此法成功的将拱顶一次安装完成，使拱顶弧度、曲率完全达到设计要求，一次验收合格，受到甲方的好评。14325687910 11 12图4 辗转拼装法示意图20八、效果检查效果一：实现了目标值，保证了制作安装质量：1.顶板瓣片脱胎成型后，用弧形样板检查，其间隙偏差控制在10 mm以内；2.安装完的顶板局部凹凸变形 15 mm。21效果二：降低了制作费用1.我公司采用自制冷压设备压制球形拱顶瓣片，节省外委加工费27.6万元。计算：34.5t（一个罐顶重）2（两个罐）4000元/t（外委加工等所需费 用）27.6万元2.自制冷压设备在工程完工后可全部拆卸或重组做其它使用，节省材料费约1.71万元。计算：制作冷压设备需用钢4.5t3800元/t1.71万元3.制作、安装用的机械设备投入已形成固定资产：34.3万元 计算：（1）用QF-20020型号千斤顶4台：5500元/台4台2.2万元 （2）10台电焊机：2100元/台10台2.1万元 （3）1台桥式起重机+：30万元 共计节约：27.6+1.71=29.31万元；形成固定资产34.3万元。共计节约29.31万元，计算如下：22九、制定标准化 我公司自制的压力设备，成功解决了钢板冷压的回弹问题。应用该冷压设备压制成型的拱顶瓣片弧度全部达到设计要求，且一次压制成型不用返修。此冷压设备属自主知识产权，模具在国内属首创，公司已于2009年8月25日将冷压用的压力模具成功申请国家实用新型专利，目前已被受理。专利申请受理通知书23十、总结及今后打算 我公司在包钢矿浆输送工程高压泵房区域供水水罐制作安装工程中，利用自制的压力设备成功的压制出球形拱顶瓣片，并利用辗转拼装法等方法有效控制了制作安装中产生的焊接变形，既降低了制作费用，又提高了工作效率，保证了制作安装质量。水罐整体制作安装质量完全达到设计要求，水罐整体质量一次通过甲方验收，受到甲方的好评。水罐罐体涂装完成后的全貌见下照片（图5）。此水罐制作安装技术为我公司在球形结构冷压制作技术领域开了先河，也为我公司在今后筒体制作安装工程的施工积累了宝贵的经验。总 结：图5 水罐罐体全貌图片24今 后 打 算 我小组成员通过此次创新型小组活动，创新能力和分析解决问题的能力有了显著提高，今后将继续围绕为企业技术创新、质量创优开展活动，为企业不断提升竞争力和树立品牌而努力。25