Под днищем подразумевается полая листовая деталь разнообразной геометрической формы, являющаяся замыкающим конструктивным эле­ментом емкостной, колонной или теплообменной аппаратуры.

Осесимметричные полые изделия типа днищ разнообразных размеров и форм из различных материалов широко применяются в качестве элемен­тов корпусов химических, нефтеперерабатывающих и криогенных аппара­тов, в конструкциях сталеразливочных ковшей и конверторов, в судострои­тельном, энергетическом и атомном машиностроении.

В зависимости от назначения применяются днища диаметром от 150 до 4500 мм и выше, с толщиной стенки 2-170 мм из различных материалов.

Днища обычно группируют по общности конструктивно-геометричес­ких, технологических и конструктивно-технологических признаков, точ­ностных требований, физико-химических и технологических свойств при­меняемых материалов.

Исходя из принципиальной структурной схемы днищ по конструктив­но-геометрическим признакам, в основу классификации положено до­пущение о том, что любая листоштампованная деталь может быть пред­ставлена одним из конструктивных элементов типа "стенка" или "борт" или их сочетанием.

Характерная особенность днищ - стенка-всегда представляет собой незамкнутый контур, а борт - криволинейный замкнутый. В свою очередь, стенка может быть классифицирована на плоскую и криволинейную, одно­значной и двузначной кривизны, полного (Н > 0.5D) и неполного (Н <0.5D) контура, а борт - одинарной и двойной кривизны, полного (Н > 0.5D) и не-

Полного (Н < 0.5D) контура.

Общее число типовых групп днищ, предусматриваемых классифика­цией [2], составляет 278.

По виду криволинейной поверхности стенки днища можно классифи­цировать следующим образом в соответствии с рисунком 1: с плоским дном (а); сферические (б); куполообразные (в); эллиптические (г); сферообразные с плоским дном, открытые, отбортованные (д, е, ж); конусообразные с плоским дном, открытые, отбортованные (з, и, к); эллипсоидальные с неравными осями в плане (л); гиперболоидные (м); параболические (н); скорлупообразные (о, п); торообразные (р).

Необходимо отметить, что определяющим элементом днища может быть как стенка, так и борт. Это зависит от конструктивного назначения днища.

По конструктивно-технологическим признакам днища могут быть

Рисунок 1 - Классификация днищ по виду криволинейной

Поверхности стенки

Квалифицированы:

1) по размерам:

Малогабаритные (Djr < 400 мм); среднегабаритные (DB = 400-4000 мм); крупногабаритные (DB > 1000 мм);

2) по относительной толщине стенки днища (So/DB)*100:

Особо толстостенные (So/DB)-100 = 10.0; толстостенные (So/DB)-100 = 10.0-5.0; среднестенные (So/DB)-100 = 5.0^1.5; тонкостенные (So/DB)-100 = 1.5-Ю. 15; особо тонкостенные (So/DB)-l00 < 0.15;

3) по варианту исполнения днища бывают:

Цельноштампованные; штампованные;

4) по точностным параметрам:

Невзаимозаменяемые; неполновзаимозаменяемые;

Взаимозаменяемые.

В аппаратостроении в основном нашли применение крупногабарит­ные днища. Поэтому предлагается следующая классификация днищ:

I группа - эллиптические днища по ГОСТ 6533-78;

II группа - днища эллиптической формы, выходящие за пределы ГОСТа по размерам и требованиям;

III группа - эллиптической и эллипсоидальных форм переменного се­чения с различного рода отфланцовками;

IV группа - днища сферической и куполообразной форм.

Днища 1-й группы. Как наиболее оптимальные с точки зрения конст­руктивного назначения широкое применение нашли днища эллиптической формы. Их основные размеры и формы регламентированы ГОСТ 6533-78. Отклонения от номинальных размеров предусмотрены ОСТ 26-291-79.

Днища 2-й группы. Эллиптические днища, выходящие за пределы ГОСТ 6533-78, применяются главным образом для сосудов и аппаратов высокого и сверхвысокого давления, а также для сосудов специального назначения, например, для реакторов химической промышленности, атом­ных электростанций и котлов высокого давления.

Днища подобной конфигурации отличаются друг от друга главным образом по толщине, диаметру, высоте и материалу. При проектировании технологических процессов для днищ этой группы обязательно моделиро­вание процессов.

Днища 3-й группы. Эллиптические днища переменного сечения в ос­новном применяются для толстостенных сосудов высокого давления, име­ющих относительно большую высоту, например, для реакторных колонн. Представителем этой группы являются днища для котлов высокого давле­ния.

У этой группы днищ более жесткие требования к размерам и форме поверхности.

Днища IV-й группы, К этой группе относятся сферические днища, применяющиеся в котлостроении, химическом и нефтяном машинострое­нии, при изготовлении сосудов высокого давления и в конструкциях, где имеют место гидростатическое давление, а также в тех случаях, когда нуж­но обеспечить сопротивление удару под различными углами атаки.

Характерной чертой данной группы днищ является то, что с увеличе­нием размеров возможно образование утонения стенки/в связи с чем необ­ходимо в конкретном случае подбирать оптимальные параметры процесса штамповки математическим методом, то есть задаваться определенными данными и находить оптимальные решения.

2.2 Способы изготовления днищ

Существуют следующие способы изготовления днищ; штамповка днищ на прессах; обкатка роликом; импульсная штамповка;

1) взрывная;

2) электрогидравлическая;

3) магнитная;

4) гидроимпульсная; ротационная отбортовка; поэлементная штамповка.

Наиболее распространенным и экономичным способом, особенно при крупносерийном производстве, является штамповка днищ на пресах.

В настоящее время в России ,странах СНГ и за рубежом около 95% днищ изготавливают штамповкой-вытяжкой в холодном и горячем состо­янии и обкаткой роликом в холодном и горячем состоянии.

При холодной штамповке получают днища высокой точности с более узкими полями допусков на размеры, меньшим расходом металла, боль­шим сроком службы штамповой оснастки, значительно меньшим утонени­ем, определяемым преимущественно величиной и характером воздействия сил внешнего трения на заготовку, меньшей по сравнению с горячей штам­повкой трудоемкостью вспомогательных процессов, высокой чистотой по­верхности деталей. Недостатки холодной штамповки днищ на прессах:

Значительная упругая отдача штампуемого материала;

Потребность в более мощном прессовом оборудовании;

Необходимость введения в технологический процесс операции проме­жуточной термообработки для снятия упрочнения материала в результате холодного деформирования, а также окончательных термообработок с целью снятия внутренних напряжений, получения однородной структуры материалов днищ;

Необходимость применения высокостойких дорогостоящих инстру­ментальных сталей для изготовления штамповой оснастки.

Горячей штамповкой изготавливают днища любой толщины при по­ниженном сопротивлении штампуемого материала деформированию на прессах относительно низкой мощности в штампах из недорогих сталей, а также получают детали с мелкозернистой структурой и улучшенными ме­ханическими свойствами. Недостатки горячей штамповки днищ:

Угар металла при нагреве заготовок перед штамповкой, составляющий в отдельных случаях 8-10% от массы заготовки в связи с окислением по­верхности заготовки или полуфабриката с образованием окалины;

Относительно низкая чистота поверхности деталей;

Наличие трещин, надрывов из-за пониженной температуры при окон­чании штамповки днищ;

Значительное утонение зоны днища, не находящейся в контакте на ранних стадиях процесса штамповки с рабочими частями штамповой ос­настки;

Недостаточная точность по диаметру из-за усадки, зависящей от тем­пературы конца штамповки заготовки, постепенного разогрева рабочих частей штампов, колебаний исходной толщины плоской заготовки, нерав­номерности температуры на поверхности заготовки;

Необходимость специальной оснастки в связи с различными значения­ми коэффициента термического расширения (сжатия) для каждой марки штампуемого материала.

Преимуществами взрывной штамповки являются [3]:

Возможность штамповки днищ практически любого профиля, в том числе изделий переменного сечения и больших размеров;

Отпадает необходимость в изготовлении пуансона, в связи с чем зна­чительно изменяются допуски на сопряженные рабочие размеры матрицы по пуансону;

Не требуются крупногабаритные, дорогостоящие мощные прессовые установки со сложной энергосистемой;

Кратковременность цикла обеспечивает штамповку деталей в холод­ном виде;

Появляется реальная возможность штамповать некоторые термообра-ботанные материалы без заметного изменения их твердости;

Размеры получаются более точные, чистота поверхности значительно лучше. Если последующей термообработки не требуется, то можно избе­жать коробления, образования окалин и т. д.

Наряду с положительными особенностями штамповка взрывом имеет и недостатки:

Значительно ниже производительность по сравнению с горячей штам­повкой;

Необходимо иметь изолированные помещения с соблюдением строгих правил техники безопасности;

Возможность появления микротрещин в толще металла;

Необходимость последующей термообработки, которая практически снимает все достоинства взрывной штамповки при серийном производст­ве;

Растут сроки подготовки производства и издержки производства.