封頭的類型不同,其制作工藝也不相同,主要是由沖壓、旋壓、滾壓和爆炸成型。半球形封頭通常由沖壓和爆炸成型,大型半球形封頭亦可先沖壓成球瓣,然后再組對拼焊而成;橢圓形封頭通常用沖壓和旋壓方法制造;錐形封頭多數(shù)都是滾制成型的,折邊部分可以滾壓或敲打成型。
從制造工藝方面分析,封頭愈深,直徑和厚度就愈大,則封頭制造愈困難,選用不同強度的材料制作時也跟上述原理相同。整體沖壓半球形封頭不如橢圓形封頭好制造,橢圓形封頭必須有幾何形狀正確的橢球面模具,人工敲打很難成型。錐形封頭的錐型部分很難卷制。由此可知,制造難易程度的先后順序是:半球形封頭>錐形封頭>橢圓形封頭>平板封頭;金屬消耗量的先后順序是:平板封頭>橢圓形封頭>半球形封頭。
因為整體封頭壓制屬于拉延過程,采用壓邊圈拉延時,封頭各部分的應(yīng)力應(yīng)變分布見圖。不采用壓邊圈時,除厚度方向不產(chǎn)生應(yīng)力外,其余部分與壓邊圈時相同。由于材料在變形過程中各部分的應(yīng)力應(yīng)變狀況不同。成形后封頭各部位的壁厚也不同,一般橢圓形封頭在接近大曲率部位變薄較大,碳鋼封頭可達8%~10%,鋁封頭達12%~15%。球形封頭在底部變薄較為嚴重,碳鋼球形封頭可達10%~14%。封頭冷卻過程中的收縮方圖。
在正常的生產(chǎn)情況下,影響封頭壁厚變化的因素主要是因為封頭材料的強度越低,壁厚變薄量越大;變形程度越大,封頭底部越尖,上下模間隙及下模圓角越小,壁厚變薄量越大;在生產(chǎn)過程中,壓邊角過大或過小,都將增大壁厚變薄量;熱壓時,溫度越高,壁厚變薄量越大,加熱不均勻,會使局部變薄量增大。因此為了彌補封頭壁厚的變薄,可以適當加大封頭坯料的板厚,以使封頭變薄處的厚度接近容器的壁厚。
封頭和錐形封頭都是回轉(zhuǎn)殼體,殼體上任一點的環(huán)向應(yīng)力和經(jīng)向應(yīng)力,都是根據(jù)薄膜應(yīng)力理論用靜力平衡的方法得出的。根據(jù)限制薄膜應(yīng)力的強度條件,很容易導(dǎo)出各種封頭壁厚Sc的計算公式。但是,在確定封頭壁厚時僅考慮薄膜應(yīng)力是不夠的,如前節(jié)應(yīng)力分析中所述,封頭與簡體連接處存在著邊緣應(yīng)力,而且有些封頭的母線本身就不連續(xù)也會引起邊緣應(yīng)力。
此外,封頭上大都要開孔,因此也不能不考慮開孔處的應(yīng)力集中。所以,在封頭的壁厚計算中,除了考慮薄膜應(yīng)力外,同時還應(yīng)考慮連接邊緣處的邊緣應(yīng)力和應(yīng)力集中的影響。薄膜應(yīng)力是遍布于整個封頭的基本應(yīng)力,屬于一次應(yīng)力,故而大多數(shù)封頭的壁厚計算公式都是以薄膜應(yīng)力為基礎(chǔ)來推導(dǎo)的。連接邊緣處的邊緣應(yīng)力,屬于二次應(yīng)力,則采取在公式引入一個應(yīng)力增強系數(shù),來反映邊緣應(yīng)力的影響。在開孔處由于應(yīng)力集中而出現(xiàn)的局部峰值應(yīng)力,常采取在開孔處進行局部補強的辦法來解決。
封頭裝置的運動方式取決于滾輪中心線位置。當滾輪處于直邊導(dǎo)槽時,滾輪中心線位置沒有改變,封頭裝置處于靜止狀態(tài);當滾輪處于斜邊導(dǎo)槽時,滾輪中心線位置則向內(nèi)或向外移動,封頭裝置也相應(yīng)地向內(nèi)或向外移動。因此,封頭位置的運動方式,則完全由滾輪在槽凸輪導(dǎo)槽內(nèi)所處的位置決定。
從槽凸輪展開圖中可以看到,槽凸輪旋轉(zhuǎn)1周的次序是由直邊導(dǎo)槽---斜邊導(dǎo)槽---斜邊導(dǎo)槽---直邊導(dǎo)槽。 反映在封頭我置則是靜止狀者---退動狀志---進動狀態(tài)---靜止狀態(tài)。其中,當槽凸輪旋轉(zhuǎn)360°時,兩次靜止各占60°,兩次運動各占120°。這種靜止與運動不斷交替出現(xiàn)的運動方式稱為間歇運動,實現(xiàn)這種運動方式的機構(gòu)稱為間歇機構(gòu)。槽凸輪的兩斜邊導(dǎo)槽的方向正好相反,放槽凸輪旋轉(zhuǎn)360°時,滾輪又回到原來的位置。封頭裝置的行程就是封頭裝置處于兩個極限位置時的距離。距離是30毫米,因而封頭裝置的形承也是30毫米。