1、雙曲面水罐罐頂瓣片壓制用冷壓設備的研制1一、包鋼礦漿管道輸送工程全長81km，礦漿管道設計每年輸送能力550萬t, 供水管道全長130km，設計每年輸送水2000萬m3。該礦漿管道輸送能力為目前國內漿送管道之最，排行國際鐵精漿送管道第二，工程總造價2.3億元。我公司施工的高壓泵房區域2臺供水水罐制作安裝工程屬于包鋼礦漿管道輸送工程的項目之一。水罐直徑18.952m，高21.097m，工作容積為5000m3，單臺工程量為290噸，設計溫度為-400C400C，設計壓力為常壓。 一.課題簡介2二、供水水罐的筒體共分八帶，罐頂為球形拱頂，拱頂瓣片為雙曲面，瓣片制作工藝復雜，制作難度大，制作安裝焊接變

2、形很難控制。以往我公司加工球形結構都是外委加工，由于瓣片制作精度要求高，工藝復雜，外委加工成本很高，且工期緊，質量要求高，所以研究制作一套壓制模具進行水罐拱頂板瓣片的制作非常有必要。我公司在沒有大型壓力設備的前提下，自行進行技術攻關，研究出一套專用球形拱頂壓制模具，自制壓力機將雙曲面拱頂瓣片冷壓成型。經過反復壓制瓣片試驗證明，此壓制模具的研制很成功，效果很好。一.課題簡介3二、選題理由理由一 以往我公司加工球形結構都是外委加工，此 水罐球形拱頂瓣片制作精度要求高，工藝復雜，且工期緊，外委加工成本很高 理由二我公司目前沒有大型壓力設備。 基于以上理由，我QC小組認為研究制作一套冷壓設備進行水罐拱

3、頂板瓣片的制作非常有必要。所以選擇“雙曲面水罐罐頂瓣片壓制用冷壓設備的研制”作為活動課題。4三、小組概況小組名稱二冶金結公司金鋼QC小組課題名稱雙曲面水罐罐頂瓣片壓制用冷壓設備的研制活動時間2009年6月19日-9月22日活動次數9次課題類型創新型接受TQC教育時間60小時序號姓名性別年齡文化程度崗位組內分工1韓 露女44大專技術部部長組長2聶靜媛 女41大學技術部工程師組員3李占華男39大學項目部技術負責人組員4張 文男50中專項目部質檢員組員5許學志男28大專項目部技術員組員5四、設定目標 我QC 小組設定的目標為：研制出壓制水罐雙曲面罐頂瓣片用模具及壓力機，一次性通過評審驗收，壓制的球形

4、拱頂瓣片及安裝完的水罐拱頂弧度、曲率完全達到設計要求 。具體目標值為：1.頂板瓣片脫胎成型后，用弧形樣板檢查，其間隙偏差控制在10 mm以內。2.安裝完的頂板局部凹凸變形 15 mm 。6五、方案提出（一）提出方案： 水罐拱頂結構形式為球形結構,直徑為18.892m,曲率半徑為22.800m,高度為2.069m。罐頂板外圈板厚為14mm,中心頂板為10mm,頂板弧長為8.740m，罐頂材料材質為Q235B。球形結構的制作方法是將球分瓣在胎具上壓制成型的。 針對課題目標，小組多次召開專項研討會，運用頭腦風暴法，綜合考慮工藝、質量、安全等多方面因素，提出了2套可供選擇的水罐球形拱頂制作方案。方 案

5、 一：采用熱壓法進行瓣片的壓制。方 案 二：采用冷壓法進行瓣片的壓制。7(二)、方案分析方案一：采用熱壓法采用熱壓法的工藝原理 采用熱壓法壓制水罐球形拱頂瓣片，首先要砌筑一臺加熱爐，先將剪裁好的罐頂板放在加熱爐中加熱，待鋼板溫度達到700800時，立即抽出直接快速的放到壓制模具上壓制成弧型。8采用熱壓法的主要優點這種方法成型效果好 制作一個普通的加熱爐增加成本 因鋼板需加熱到規定溫度，普通加熱爐很難控制溫度的情況。若制造一個數控的加熱爐可很好的控制溫度，但費時費力成本也太高，總體工期也不好保證。采用熱壓法的主要缺點9方案二：采用冷壓法采用冷壓法的工藝原理 研制出一套專用球形拱頂壓制模具，自制壓

6、力機將瓣片冷壓成型。即將裁好的罐頂板利用吊具放到壓制模具上利用壓力機壓制成型。10采用冷壓法的主要優點采用冷壓法的主要缺點此方法經濟實惠，操作簡單 可以研制出專用壓制模具，調節弧度的精度，以保證成型后瓣片弧度的精度。鋼板冷壓后由于具有塑性所以有一定的回彈，需提前將回彈量算出來。11（三）確定最佳方案小組成員按照課題目標對此兩種方案進行全方位綜合比較，結果如下：序號方案 評 價 綜 合 得 分是否采用 組 員 權 數標 準韓露聶靜媛李占華張文許學志1采用熱壓法難易度質量安全經濟性需時間預期效果 32213533211133111115111133131113111111X3=3317X2=346

7、X2=127X1=75X3=155X5=25不采用小計1262采用冷壓法難易度質量安全經濟性需時間預期效果32213555133533153355133535133333135319X3=5721X2=425X2=1017X1=1717X3=5119X5=95采用小計272經過科研小組的反復比較論證，我們決定選用第二種方案進行施工,即采用冷壓法壓制水罐球形拱頂。12六、制定對策（一）水罐球形拱頂瓣片壓制拼裝流程：制作壓力機的壓力機構研制球罐拱頂瓣片壓制模具下料組裝焊接排版設計對水罐球形拱頂進行預拼裝壓制瓣片13（二）對策表小組針對每一步驟制定了對策.序號 要 因 對 策 目 標 措 施實施地點

8、 完 成 時 間 執行人1壓力機的壓力機構制作 自行研制達到正常使用自行設計、制作制作現場2009.6.19-6.30韓 露 李占華 聶靜媛 許學志2研制球罐拱頂瓣片壓制模具 自行研制壓制出的瓣片符合要求自行設計、制作制作現場2009.6.25-7.15韓 露 李占華 聶靜媛 許學志3瓣片壓制排版設計根據設計要求及進場材料的規格尺寸進行下料前的排版設計 不浪費材料根據自制壓力機的承載力,將罐拱頂排版分帶壓制制作，根據設計要求及進場材料的規格尺寸進行排版制作現場2009.7.157.18李占華許學志4瓣片下料制作下料樣板符合質量要求按詳圖及施工方案要求下料，做出弧度、角度和直線檢驗樣板進行檢驗

9、制作現場2009.7.198.27許學志張 文5壓制瓣片 明確壓制過程保證按要求壓制出瓣片 確定壓制各環節制作現場2009.7.209.16韓 露李占華聶靜媛6對水罐球形拱頂進行預拼裝與安裝焊接 制定合理可行的方案保證水罐拱頂的制作安裝質量 制定出制作安裝方案和預拼裝方案，按方案進行預拼裝和安裝焊接制作現場方案：2009.7.10前；預拼裝和安裝焊接：2009.7.239.22李占華14七、按對策實施實施一：壓力機的壓力機構制作 壓力機的門型架材料采用I28a；連接千斤頂上梁材料采用H型鋼H3003001115，兩頭堵=6mm鋼板；整個壓力機底梁采用I32。 壓力機的壓力機構由3個200噸千斤

10、頂組成，壓力機結構如圖1所示。圖1 壓力機的壓力機構示意圖15實施二：研制球罐拱頂瓣片壓制模具 我們針對小型的球罐拱頂瓣片壓制現有技術，自行研制了一種小壓力冷壓小型球罐拱頂瓣片壓制模具，由于每帶上下口半徑不同，需要制作4套模具（包括4個上胎、4個下胎），壓制模具由上模具（底板、凹形板、橫向加勁板），下模具（底板、弓形板、橫向加勁板）組成。模具的立板和筋板采用16mm鋼板、上模具底板采用30mm鋼板、下模具底板采用20mm鋼板。制作模具的尺寸經過計算和放樣所得。 本著節約的原則，模具用料全部可以采用切割余料和邊角料，既節約成本，又使得整個壓制過程簡單快捷。照片如圖2：壓力結構壓制模具圖2 壓力機

11、構及模具照片16實施三：排版設計 根據我們自制壓力機的承載力,將罐拱頂排版分為4帶進行壓制制作，第一帶直徑為18920mm,帶高為2580mm；第二帶直徑為14114mm,帶高為2580mm； 第三帶9129mm,帶高為2580mm；第四帶為中心頂板,直徑為4020mm, 高度100mm。周長方向第一、第二帶30等分，第三帶分為15等分,每帶之間的縱縫最小不小于300mm，第四帶為整體。水罐拱頂排版如圖3所示。圖3 水罐拱頂排版圖 根據設計要求及進場材料的規格尺寸,我們進行了下料前的排版設計，確定將第一、二、三帶分為拱頂瓣片共計75片，此3帶75片均采用自制壓力機進行壓制成型，第4帶中心整體部

12、分采用火曲方法成型。17實施四：下料 1.頂板的分瓣數量允許根據板材情況適當改變，但應保證分瓣小端的弧長不小于180mm。 2.號料時，高度方向按無間隙考慮，展開弧長方向，兩端各加800滾曲引頭，引頭板可接料，但要求接口設在筒體凈料最小20外。 3.號料要按先做的排板圖進行，每帶高度長度方向號凈料，允許偏差 +1、0mm。按詳圖及施工方案要求，做出弧度、角度和直線檢驗用樣板，樣板制作誤差應在1.0，弧形樣板弦長不應小于2000,直線樣板不應小于1000mm. 材料切割時采用半自動火焰切割機，切割在抄平的專用切割平臺上進行。18實施五：壓制瓣片 在罐頂鋼板邊緣焊接一個吊耳，在被壓制鋼板上表面蓋上

13、鋼蓋板，鋼板與鋼蓋板間距為500600mm，將卷揚機鋼絲繩掛在鋼板吊耳上，開動卷揚機將鋼板拽到胎具上，拽到胎具上將鋼板中心線與胎具中心線對齊，開動壓力機將上胎壓到鋼板上，等鋼板與下胎全部靠緊后，關閉壓力機，提升壓力機將鋼板取出。取出鋼板后，用樣板進行檢查。確定出壓制過程如下19實施六：對水罐球形拱頂進行預拼裝與安裝焊接 為了保證水罐拱頂的制作安裝質量，我們制定了合理、切實可行的制作安裝方案，同時采用輾轉拼裝法對水罐球形拱頂進行預拼裝。具體方法為： 將壓制好的球形拱頂瓣片按圖4（輾轉拼裝法示意圖）在制作現場進行預拼裝，并進行測量、調整，當拼裝部分弧度、曲率都符合設計要求后，我們將瓣片進行編號，將

14、最右側編號順序為12、9、5的瓣片留在原地，其余瓣片按順序運到安裝現場進行組裝。然后我們再以12、9、5三瓣片為最左側將其余瓣片按圖繼續進行拼裝，經測量、調整，瓣片弧度、曲率滿足設計要求后，我們再進行編號，還將最右側的瓣片留下，其余瓣片依次運到安裝現場進行組裝，以此類推，直至最后一塊瓣片拼裝完為止。我們利用此法成功的將拱頂一次安裝完成，使拱頂弧度、曲率完全達到設計要求，一次驗收合格，受到甲方的好評11 12圖4 輾轉拼裝法示意圖20八、效果檢查效果一： 實現了目標值，保證了制作安裝質量：1.頂板瓣片脫胎成型后，用弧形樣板檢查，其間隙偏差控制在10 mm以內；2.安裝完

15、的頂板局部凹凸變形 15 mm 。21效果二：降低了制作費用1.我公司采用自制冷壓設備壓制球形拱頂瓣片，節省外委加工費27.6萬元。 計算： 34.5t（一個罐頂重）2（兩個罐）4000元/t（外委加工等所需費 用）27.6萬元2.自制冷壓設備在工程完工后可全部拆卸或重組做其它使用，節省材料費約1.71萬元。 計算： 制作冷壓設備需用鋼4.5t3800元/t1.71萬元3.制作、安裝用的機械設備投入已形成固定資產：34.3萬元 計算： （1）用QF-20020型號千斤頂4臺：5500元/臺4臺2.2萬元 （2）10臺電焊機：2100元/臺10臺2.1萬元 （3） 1臺橋式起重機+：30萬元 共

16、計節約：27.6+1.71=29.31萬元；形成固定資產34.3萬元。共計節約29.31萬元，計算如下：22九、制定標準化 我公司自制的壓力設備，成功解決了鋼板冷壓的回彈問題。應用該冷壓設備壓制成型的拱頂瓣片弧度全部達到設計要求，且一次壓制成型不用返修。此冷壓設備屬自主知識產權，模具在國內屬首創，公司已于2009年8月25日將冷壓用的壓力模具成功申請國家實用新型專利，目前已被受理。專利申請受理通知書23十、總結及今后打算 我公司在包鋼礦漿輸送工程高壓泵房區域供水水罐制作安裝工程中，利用自制的壓力設備成功的壓制出球形拱頂瓣片，并利用輾轉拼裝法等方法有效控制了制作安裝中產生的焊接變形，既降低了制作費