设计与工艺实用数学讲座：第三讲椭圆封头（上）

椭圆封头是压力容器的重要组成部分，其制造质量的优劣直接关系着容器质量和使用安全。有关椭圆封头制造参数的函数关系、数值的确定十分重要，也是工艺人员非常关注的技术问题。本文就有关问题加以简要说明。一、椭圆封头的结构与参数椭圆封头的中心剖面及参数如图1所示。图1椭圆封头示意图椭圆封头的内表面是由半个椭圆及直边组成。a——椭圆的长半轮（工程上称为椭圆封头的半径，为叙述的一致，此处仍以a表示）1。———椭圆的短半轴h——一直进高’一板厚D．———椭圆的内径按文献「1］推荐：：：b一2：1。这种应用最为广泛的椭圆封头…     

旋压封头产生裂纹的原因及对策

椭圆封头是压力容器的主要受压元件之一,它不但直接影响容器的制造质量和成本,而且影响生产装置的安全长周期运行。椭圆形封头通常用热压或冷旋压成形,而封头旋压时易产生裂纹。 1、封头裂纹情况 材质为16MnR,规格为φ5200mm×16mm的封头,展开尺寸为φ6200mm,由4块板手工焊拼接而     

多层半球形封头的试制和研究

目前,我国一些制造厂生产的高压容器,其封头大都采用锻造平板封头。制造这种封头需要用大型锻压设备,加工切削量大,生产周期长,合格率低且又笨重。为克服这些缺点,北京金属结构厂和通用机械研究所试验用多层半球形封头来作高压容器的封头。最近通过多层球形容器和单层球形容器的爆破对比试验,对多层半球形封头的压制工艺及其性能进行了试验研究。     

三圆弧椭圆封头及其参数优化

使用有限元方法研究了标准椭圆封头以及双圆弧近似椭圆封头应力状态,对它们的应力分布进行了分析。针对双圆弧近似椭圆封头的峰值应力较标准椭圆有较大提高这一事实,提出了用优化的三段圆弧代替了两段圆弧作近似椭圆封头的母线。应力分析的结果表明,三段圆弧近似椭圆封头的峰值应力已十分接近标准椭圆封头,而且其成形工艺亦不复杂。     

旋压碟形封头的应用和几何尺寸的选择

1 前言碟形封头采用旋压加工效益明显,目前,国内设计的压力容器多采用椭圆封头,其中以标准椭圆封头(h_i=0.25D_j)最多。根据旋压成形原理,不可能旋压椭圆封头,而实际是旋压碟形封头。碟形封头的推广应用涉及两个方面:一是采用碟形封头代替椭圆封头使用,另一是选定较优的碟形封头几何尺寸参数,并尽快建立旋压碟形封头标准,规定尺寸系列,供设计者直接选用。     

简易振动抛光机

本文介绍的是一种采用一般复合加工方法的简易振动抛光机,其加工原理是在传统的珩磨运动上,增加一种超精加工的特殊运动来增加短幅高频振动运动。 一、简易振动抛光机加工原理及其运动轨迹 振动抛光加工原理及其运动轨迹如图2a)、b)、c)所示。工件回转;抛光头作S的直线往复移动与f (次/分)的高频振动。 抛光头行走的运动轨迹,是普通珩磨轨迹与高频往复振动的运动轨迹相叠加的合成轨迹,如图2c)所示。合成轨迹呈锯齿形,并不是直线形,因此振动抛光轨迹比普通珩磨轨迹复杂均密,加工表面光洁度较高,轨迹行走路程较长,抛光的效率较高。 抛光头作…     

模具曲面抛光时表面去除的建模与试验研究

提出用表面去除廓形来描述模具表面在垂直于抛光轨迹方向的抛光去除量。在假设抛光工具与模具自由曲面的接触服从椭圆赫兹接触的前提下,利用提出的抛光去除系数推导了表面去除廓形的理论方程。仿真和试验结果揭示了抛光表面去除的规律,验证了表面去除廓形的理论模型。     

整体锻制压力容器平封头合理厚度的数值模拟

本文利用有限元分析软件ANSYS,建立容器整体的立体模型,分析了使用整体锻制平封头的压力容器全场的应力分布,根据压力容器对不同类型应力的不同限制及第四强度理论,找到了各种尺寸下容器内径、圆筒壁厚与封头厚度的合理比例,以及各处最大等效应力与内压的关系,设计人员可根据本文提供的数据和容器材料的许用应力,直接查得圆筒及封头厚度与内径的比例,从而确定设计尺寸。     

椭圆封头与筒体过渡段应力分布

在中低压容器常规设计中，对椭圆封头与筒体过渡段的边缘应力一般不予计算，只在结构上进行局部处理。为了探究边缘应力对椭圆封头及筒体过渡段的影响，文中针对5种不同直径的椭圆封头，采用ABAQUS有限元分析软件和有矩理论，对比研究了封头过渡段内外壁面应力的变化规律，同时采用有矩理论研究了封头过渡段内外壁面边缘应力的影响范围及最大值出现的位置。结果表明：5种不同直径封头直边段内外壁面存在大小相等、方向相反的边缘应力，内外壁面最大径向边缘应力与筒体薄膜应力相当，最大值至连接处的距离远大于椭圆形封头标准规定的直边高度，直径越大，距离越远。封头标准GB/T 25198—2010中规定直边高度处径向应力超出筒体薄膜应力的44%～61%。直边段与筒体薄膜应力相当的横截面距连接处0～15 mm,与直径关系不大。研究结果可对中低压容器的设计制造和安全运行起到一定的指导作用，为封头标准的修订提供参考依据。     

整体锻制压力容器平封头合理厚度的数值模拟

本文利用有限元分析软件ANSYS，建立容器整体的立体模型，分析了使用整体锻制平封头的压力容器全场的应力分布，根据压力容器对不同类型应力的不同限制及第四强度理论，找到了各种尺寸下容器内径、圆筒壁厚与封头厚度的合理比例，以及各处最大等效应力与内压的关系，设计人员可根据本文提供的数据和容器材料的许用应力，直接查得圆筒及封头厚度与内径的比例，从而确定设计尺寸。     

旋压碟形封头的应用和几何尺寸的选择

本文通过碟形封头与椭圆封头的壁厚、客积和材料消耗的对比,提供封头代用和选择较优碟形封头几何尺寸参数的依据。     

提高我国压力容器制造水平的一项重要改进—实现筒体和封头同步加工，缩短容器生产周期

本文分析和评述了改变用封头周长定筒体下料尺寸的旧工艺,实现筒体和封头同步加工,从而缩短容器生产周期等问题,对当前容器制造业具有重要的意义,对实现同步加工应具备的条件和要求以及同时对照新制订的JB4746－2001《钢制压力容器用封头》标准（报批稿）中的有前规定了进行了论述。     

大型薄壁压力容器封头的最佳形状

本文对封头失稳进行了分析,指出当压力p≤0.3[σ]'Φ)时,椭圆封头设计若壁薄,则转角区存在较大的周向压应力而造成失稳,为此封头转角区用周向薄膜应力为零的无失稳形状代替,并考虑封头成形减薄和不连续点的应力增加系数,提出了大型薄壁容器的最佳形状。     

簿壁封头模具的改进

我厂是批量生产中压容器的专业厂,封头生产量很大。由于封头壁厚较薄,如图1。如果用常规方法设计封头模具则封头成型后常会出现起包、起皱或者直边拉痕等现象,如图2。长期以来严重影响下道工序的加工及产品质量。为了解决这些问题,我们根据冲压原理对封头模具结构等进行综合分析研究,结果发现封头模具参数及模具结构不合理。一、冲压原理分析 (1)封头的冲压过程均属于拉延过程。金属在整个拉延过程中产生较复杂的塑性变形,封头各部位在不同情况下处于不同的应力应变状态,产生不同的内应力。 (2)位于压边圈下面的毛坯材料在冲压一开始就     

窄流道整体叶盘定轨迹数控抛光技术研究

为了实现对窄流道整体叶盘的数控抛光,在采用复杂母线超硬磨料柔性抛光轮的基础上,开展了针对叶盘型面、流道及叶根的抛光轮形状与尺寸设计研究,确定了用于整体叶盘高效率抛光的鼓型抛光轮和球头抛光轮尺寸设计原则,实现了大尺寸鼓形半径的优选。随后,针对型面、流道、叶根圆弧不同区域的抛光需求,利用选定工具对某型号整体叶盘全型面进行定轨迹抛光试验,抛光后表面粗糙度Ra≤0.4μm,完全去除精铣刀纹,达到了替代人工抛光的要求。     

椭圆轨迹针刺机构的研究与仿真

针对高速针刺机椭圆针刺轨迹的设计需要,提出了一种基于曲柄滑块机构和圆柱凸轮机构的椭圆轨迹生成方法,介绍了其工作原理,并在理论分析的基础上设计了机构模型,设计了圆柱凸轮的导槽型线和凸轮的三维模型,利用Cosmos Motion软件进行了机构运动仿真,验证了机构运动轨迹的正确性,最后设计了椭圆轨迹针刺机的主传动系统和主要的部件。     

并联运动振动筛的筛分运动规律及其轨迹的研究

传统振动筛筛面轨迹为直线、圆、椭圆,由于轨迹单一,会出现堵孔现象,筛分效率不高.文中论证了用并联运动振动筛可实现理想的筛分运动,其筛面轨迹为空间复杂曲线,沿筛面长度方向各点的运动轨迹不断变化,且筛面各点均做异幅运动,物料在筛箱中做空间三维运动,具有良好的透筛环境和筛分效率;还讨论了机构构件尺寸和主动输入相位初始角对筛面运动轨迹的影响,为进行主机构结构优化设计以实现最佳的筛分效果奠定了基础.     

反平行四边形机构瞬心轨迹的探讨

本文是利用两曲柄线方程,建立连杆瞬心的坐标,用它描述瞬心轨迹(瞬心线)。文中对于连杆瞬心轨迹从理论上作出全面论述,并指出现有论证方法和得出轨迹为椭圆尚有欠妥之处,为机构运动设计和计算提供了正确的理论依据。     

凸形封头上任意点高度的确定（上）

压力容器和微压容器用的封头,多为凸形封头。凸形封头包括椭圆形、碟形、无折边球形和半球封头四种。通常在封头上需安装接管或固定某些零件,因此要计算在距封头轴线不同位置的高度。尤其接管与封头相交的相贯线必须确定,才能解决管与封头相交处的形状。通常的计算法和放样下料法很复杂,本文提供图表计算法,简单适用,通用性好,可供从事下料及安装工人和技术人员参考。     

外椭圆轮廓的数控加工

给出椭圆等距线的方程式，证明了椭圆的等距线不是椭圆，进而明确了用数控磨床加工外椭圆轮廓时，刀具的中心轨迹应该是已知椭圆的等距线而不是椭圆。