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摘要： 不锈钢封头作为不锈钢铁路罐车罐体重要部件，长期以来一直是采用外购方式，为利用现有封头成形资源，本文通过对现有封头成形设备及工艺装备进行分析，利用有限元模拟封头成形全过程，确定了不锈钢封头成形力、压边力及板材减薄量等重要工艺参数， 并且根据这些参数进行不锈钢封头工艺试验，获得成功，为以后批量生产提供依据。
关键词：封头 不锈钢 冷作硬化
前言 封头作为铁路罐车罐体重要部件，长期以来，我公司不锈钢封头一直采取外购方式，为增强公司自主创新能力，提高配件的自制率。在现有4200t压力机上，利用生产低碳钢Ф2800mm封头模具，是否能制造出合格的产品，本文就此进行了分析。
一、产品特点
不锈钢罐车装运介质主要为乙二醇、冰醋酸等，封头材质分别选用304、316L。属于典型1：2标准椭圆封头。成型后，焊缝按NB/T47013.2进行100%射线探伤，技术等级为AB级，合格等级应不低于Ⅲ级;直边端面最大直径与最小直径之差不大于10mm;外圆周长允差为-3 ～ +9 mm;封头最小厚度不得小于9.2mm。
二、成形方式确定
一般情况，封头可采取热压或冷压成形两种形式。冷加工特点如下：未经加热，不会发生材质劣化，不会产生冷却收缩导致的尺寸变化，形状规整，尺寸精确且一致性好封头成形后表面维持原有材料的光洁表面，外观漂亮。热加工的特点如下：因加热，会发生材质劣化，导致不锈钢封头耐腐蚀性下降，后期需固溶处理。加热成形，导致模具受热膨胀和封头冷却收缩，尺寸难以控制且一致性差。封头成形后的表面氧化皮严重，且难以去除。不锈钢封头应优先选取冷压成形。封头在选取了合适压边力与成形力基础上，一次冷压成形。另外在制作过程中，注意拼接焊缝对成形的影响，一般来说，当拼接焊缝高于板材，一方面影响成形质量;另一方面存在焊接应力，压形时应力变形复杂且不均匀，在过渡区焊缝两侧容易产生皱折鼓包，因此，在成形前，需要除去内表面全部焊缝及外表面直边部和过渡区焊缝余高后再进行压制，使其成形美观，尺寸准确。
三、难点分析及解决措施
总的来讲，不锈钢与碳钢相比较具有以下特性：①对加工硬化敏感性较高;②粘结可能性较大（摩擦系数大）;③导热性较低。因此不锈钢材质封头的成形难度较大，主要存在压形参数不好确定及润滑剂如何选用问题。
3.1成形力及板材减薄量确定
不锈钢由于具有较高的屈服强度，成形时所需的能量比碳钢要大很多。尤其是奥氏体不锈钢在冷加工过程中的加工硬化非常快，在原始变形开始以后所需的附加能量较大。为全面了解不锈钢封头过程中成形力、压边力大小及板材的减薄量，采用有限元对封头成形全过程进行模拟，全面了解成形力大小及厚度变化情况。
3.1.1有限元模型建立
封头计算采用轴对称弹塑性有限元模拟计算模型，对压边及拉深过程进行全过程模拟。模拟过程中板料取为弹塑性变形体，模具为不变形的刚体。板料与模具间的接触按接触理论进行计算分析。模拟计算获取压边力及拉深成形力的变化过程，成形中及成形后板材内的应力应变分布等数据。
3.1.2计算结果
压力曲线图（见图二）的横坐标为整个拉深过程所需的时间，纵坐标为拉深力。其中，曲线1表示封头在拉深过程中所受到的拉深力，曲线2表示拉深完成所需压力机的总吨位，曲线3表示拉深过程中压边力。从图上可以看出在曲线到达峰值前，拉深力和压力机的总吨位都是在稳步增加，到达峰值约2100t、3650t。
封头厚度变化云图（见图三），右侧竖条云图分别中清楚的显示出不同颜色所代表的不同厚度值。最小厚度约9.35mm，减薄量为0.65 mm。
3.2 润滑
合理的润滑及合适润滑剂是影响不锈钢封头成形质量的重要因素。不锈钢成形后要求高质量的表面，但其导热性差摩擦系数又较高，成形时很容易产生粘结，工件温度升得很高，局部和整体的过热容易引起材料性能变化。因此不锈钢封头成形质量的好坏，润滑剂选择很关键。
3.22.1润滑剂选择
不锈钢封头的成形是深冲压成形过程，使用润滑剂的主要目的是为了最大限度降低金属间直接接触，降低形变过程中的摩擦力。传统石墨及二硫化钼、氯化型均不能满足要求。润滑剂选用必须满足①能否在模具和材料接触面之间形成牢固的膜。②有较小的摩擦系数;③与金属不起的化学反应，不腐蚀金属表面。④易清洗。经大量调研GLISS系列金属冲压润滑剂，完全符合上述条件。该润滑剂中的蜡颗粒能够大大降低金属间接触，因此不锈钢封头冷冲压选用GLISS系列金属冲压润滑剂水性及油性两种进行试验对比。
3.2.2润滑剂涂抹
GLISS系列金属冲压润滑剂可通过喷涂或辊涂的方式。涂抹时不允许涂抹到上模球面R接触的材料表面上，否则会引起坯料的滑移错位及拉薄严重。因此，应将润滑剂涂抹在模具压边部位表面及板材边缘700mm左右表面，便于材料变形流动，起到开流的作用。
四 试验
4.1工艺流程：下料—刨坡口—焊接—探伤—焊缝打磨—压形—割边—探伤—酸洗钝化—开坡口
4.2下料：Ф2800mm标准椭圆封头下料直径3580mm，板材厚度公差选用上偏差。
4.3压形 成形模选取粘油罐车封头成形所用的2800 mm的标准椭圆封头模具;压形前对下模及板料外径700 mm范围内涂刷润滑剂，并在板材与上模之间铺设聚氯乙烯薄膜，防止被液压油污染;设定压边力为1650t，总压力为3600t，一次压制成形。
4.4试验结果
4.4.1外观质量：压制完成后，板材无拉伤、灼伤现象;封头表面无皱折和拉裂缺陷，曲面圆滑过度;圆周个别部位有微小鼓包现象。
4.4.2数据测量及分析：
经过测量可知封头外周长比理论尺寸（8855）大8～9mm，符合图纸要求。
4.4.3探伤
压型前后分别用射线对焊缝进行探伤检查，结果均良好。
五 结论
试验证明不锈钢封头所采用润滑剂完全能够满足压形要求，压力机压形力基本能够的满足成形要求。在以后生产中收集各种数据，分析成功与失败的经验教训，掌握变形规律，不断完善不锈钢封头冲压工藝，改进工艺设计、模具设计，提高不锈钢封头的质量。
参考文献
[1]刘尔华 韩冬生 不锈钢资料手册 机械工业出版社
[2]马可.波尔 水性/植物油体系GLISS系列金属冲压润滑剂
关键词：封头 不锈钢 冷作硬化
前言 封头作为铁路罐车罐体重要部件，长期以来，我公司不锈钢封头一直采取外购方式，为增强公司自主创新能力，提高配件的自制率。在现有4200t压力机上，利用生产低碳钢Ф2800mm封头模具，是否能制造出合格的产品，本文就此进行了分析。
一、产品特点
不锈钢罐车装运介质主要为乙二醇、冰醋酸等，封头材质分别选用304、316L。属于典型1：2标准椭圆封头。成型后，焊缝按NB/T47013.2进行100%射线探伤，技术等级为AB级，合格等级应不低于Ⅲ级;直边端面最大直径与最小直径之差不大于10mm;外圆周长允差为-3 ～ +9 mm;封头最小厚度不得小于9.2mm。
二、成形方式确定
一般情况，封头可采取热压或冷压成形两种形式。冷加工特点如下：未经加热，不会发生材质劣化，不会产生冷却收缩导致的尺寸变化，形状规整，尺寸精确且一致性好封头成形后表面维持原有材料的光洁表面，外观漂亮。热加工的特点如下：因加热，会发生材质劣化，导致不锈钢封头耐腐蚀性下降，后期需固溶处理。加热成形，导致模具受热膨胀和封头冷却收缩，尺寸难以控制且一致性差。封头成形后的表面氧化皮严重，且难以去除。不锈钢封头应优先选取冷压成形。封头在选取了合适压边力与成形力基础上，一次冷压成形。另外在制作过程中，注意拼接焊缝对成形的影响，一般来说，当拼接焊缝高于板材，一方面影响成形质量;另一方面存在焊接应力，压形时应力变形复杂且不均匀，在过渡区焊缝两侧容易产生皱折鼓包，因此，在成形前，需要除去内表面全部焊缝及外表面直边部和过渡区焊缝余高后再进行压制，使其成形美观，尺寸准确。
三、难点分析及解决措施
总的来讲，不锈钢与碳钢相比较具有以下特性：①对加工硬化敏感性较高;②粘结可能性较大（摩擦系数大）;③导热性较低。因此不锈钢材质封头的成形难度较大，主要存在压形参数不好确定及润滑剂如何选用问题。
3.1成形力及板材减薄量确定
不锈钢由于具有较高的屈服强度，成形时所需的能量比碳钢要大很多。尤其是奥氏体不锈钢在冷加工过程中的加工硬化非常快，在原始变形开始以后所需的附加能量较大。为全面了解不锈钢封头过程中成形力、压边力大小及板材的减薄量，采用有限元对封头成形全过程进行模拟，全面了解成形力大小及厚度变化情况。
3.1.1有限元模型建立
封头计算采用轴对称弹塑性有限元模拟计算模型，对压边及拉深过程进行全过程模拟。模拟过程中板料取为弹塑性变形体，模具为不变形的刚体。板料与模具间的接触按接触理论进行计算分析。模拟计算获取压边力及拉深成形力的变化过程，成形中及成形后板材内的应力应变分布等数据。
3.1.2计算结果
压力曲线图（见图二）的横坐标为整个拉深过程所需的时间，纵坐标为拉深力。其中，曲线1表示封头在拉深过程中所受到的拉深力，曲线2表示拉深完成所需压力机的总吨位，曲线3表示拉深过程中压边力。从图上可以看出在曲线到达峰值前，拉深力和压力机的总吨位都是在稳步增加，到达峰值约2100t、3650t。
封头厚度变化云图（见图三），右侧竖条云图分别中清楚的显示出不同颜色所代表的不同厚度值。最小厚度约9.35mm，减薄量为0.65 mm。
3.2 润滑
合理的润滑及合适润滑剂是影响不锈钢封头成形质量的重要因素。不锈钢成形后要求高质量的表面，但其导热性差摩擦系数又较高，成形时很容易产生粘结，工件温度升得很高，局部和整体的过热容易引起材料性能变化。因此不锈钢封头成形质量的好坏，润滑剂选择很关键。
3.22.1润滑剂选择
不锈钢封头的成形是深冲压成形过程，使用润滑剂的主要目的是为了最大限度降低金属间直接接触，降低形变过程中的摩擦力。传统石墨及二硫化钼、氯化型均不能满足要求。润滑剂选用必须满足①能否在模具和材料接触面之间形成牢固的膜。②有较小的摩擦系数;③与金属不起的化学反应，不腐蚀金属表面。④易清洗。经大量调研GLISS系列金属冲压润滑剂，完全符合上述条件。该润滑剂中的蜡颗粒能够大大降低金属间接触，因此不锈钢封头冷冲压选用GLISS系列金属冲压润滑剂水性及油性两种进行试验对比。
3.2.2润滑剂涂抹
GLISS系列金属冲压润滑剂可通过喷涂或辊涂的方式。涂抹时不允许涂抹到上模球面R接触的材料表面上，否则会引起坯料的滑移错位及拉薄严重。因此，应将润滑剂涂抹在模具压边部位表面及板材边缘700mm左右表面，便于材料变形流动，起到开流的作用。
四 试验
4.1工艺流程：下料—刨坡口—焊接—探伤—焊缝打磨—压形—割边—探伤—酸洗钝化—开坡口
4.2下料：Ф2800mm标准椭圆封头下料直径3580mm，板材厚度公差选用上偏差。
4.3压形 成形模选取粘油罐车封头成形所用的2800 mm的标准椭圆封头模具;压形前对下模及板料外径700 mm范围内涂刷润滑剂，并在板材与上模之间铺设聚氯乙烯薄膜，防止被液压油污染;设定压边力为1650t，总压力为3600t，一次压制成形。
4.4试验结果
4.4.1外观质量：压制完成后，板材无拉伤、灼伤现象;封头表面无皱折和拉裂缺陷，曲面圆滑过度;圆周个别部位有微小鼓包现象。
4.4.2数据测量及分析：
经过测量可知封头外周长比理论尺寸（8855）大8～9mm，符合图纸要求。
4.4.3探伤
压型前后分别用射线对焊缝进行探伤检查，结果均良好。
五 结论
试验证明不锈钢封头所采用润滑剂完全能够满足压形要求，压力机压形力基本能够的满足成形要求。在以后生产中收集各种数据，分析成功与失败的经验教训，掌握变形规律，不断完善不锈钢封头冲压工藝，改进工艺设计、模具设计，提高不锈钢封头的质量。
参考文献
[1]刘尔华 韩冬生 不锈钢资料手册 机械工业出版社
[2]马可.波尔 水性/植物油体系GLISS系列金属冲压润滑剂