钢桶环筋缺陷原因分析及解决方案

雷明举 郎强

钢桶桶身的型式多种多样，根据国家标准对在桶身型式的规定，桶身主要包括只具有环筋、只有全波纹、或者同时具有环筋和波纹三种型式。环筋和波纹是桶身上的常见结构，所谓环筋，是指在钢桶生产中使桶身上形成凸或凹的环形结构，从而来增加钢桶的刚度和强度的加强筋，而波纹是指连续凸凹的的小环形加强筋。

根据外形结构的不同，环筋可以分为普通环筋和“W”型环筋。如图1所示，为普通环筋和“W”型环筋的外形结构图。

图1 普通环筋和“W”型环筋的外形结构图

钢桶在装卸和运输的过程时，桶身之间会因摩擦而损坏，造成液体盛装物渗漏。由于“W”型环筋钢桶与普通环筋钢桶因具有不同的外形尺寸，使得他们在运输过程中摩擦点不同，造成磨损的程度也不同。如图2、图3所示，分别为“W”型环筋钢桶运输摩擦点与普通环筋钢桶运输摩擦点。

图2 “W”型环筋钢桶运输摩擦点

图2可知，“W”型环筋钢桶在运输过程中摩擦点主要在桶顶与桶底的卷边处，在“W”型环筋处因盛装物震动发生变形，也会产生轻微摩擦，但磨损程度较小，发生渗漏的情况较少。

图3所示普通环筋钢桶在运输过程中，摩擦点位于环筋处，环筋与环筋之间存在硬摩擦，使磨损严重，渗漏严重。
“W”型环筋具有更大的强度，外表美观，具有国际统一内径，外径尺寸能有效减小钢桶之间的摩擦，适合集装箱运输，所以近年来在我国石油化工系统已经有了广泛的应用。

图3 普通环筋钢桶运输摩擦点

随着“W”筋在钢桶上应用的普及，“W”筋的质量缺陷也逐渐在生产中显现出来，常见的缺陷主要表现为环筋表面凸凹点、撕裂、“W”形态出现双重筋等。造成这些缺陷的原因有很多，工艺方法和设备情况都都会对它产生影响。本文将主要通过“W”筋的成型原理及生产工艺过程来分析产生的原因。

“W”筋的成型工艺方法有两种，一种是用滚压筋机在桶身上滚压形成W环筋，另一种是通过胀形机在桶身上胀出一定高度环筋，再滚压形成W环筋。

这两种方法均属于金属冷加工工艺。由于金属材料经过滚压成形应力分布变得均匀，晶粒沿变形最大方向伸长产生纤维组织，使材料由各向同性变成各向异性，材料的强度和硬度都有显著提高。滚压成形具有自身独特的优点，所以国内多采用滚压成型的方式加工，本文探讨的即为滚压成型中环筋的缺陷。对于桶身具有环筋和波纹的钢桶，其环筋和波纹的滚压成型原理如图4所示。

图4 环筋和波纹的滚压成型原理图

滚压筋机通过上下“W”筋辊和波纹辊挤压桶身，使桶身在压辊接触部位沿压辊法线方向发生局部塑性变形，同时上下滚轮做主动旋转，在摩擦力作用下带动桶身做同步转动，从而形成W环筋。

国家标准对钢桶环筋及波纹都有规定，如图5所示为“W”型环筋及波纹标准尺寸图。根据标准尺寸可知，环筋比波纹高度大2mm，由环筋和波纹的滚压成型原理可知，“W”筋辊必须大于波纹辊直径大，才能满足工艺要求，在企业生产中，这一值大约为4mm，即在本文图中取D1-D2=4mm。由于“W”筋辊与波纹辊安装在同一个轴上，它们在滚压过程中角速度相等，线速度不等，当压辊轴转动一周时，“W”筋辊将比波纹辊转动的圆周线要大，多转动的圆周线长为：l=π（D1-D2）≈3.14×4mm =12.56mm。这样“W“筋辊与波纹筋辊转动过程中圆周长度出现不同步性，导致“W”筋与波纹筋之间有相对运动，从而产生了一定的扭矩，还会造成W筋滚与钢桶桶身板材产生强度摩擦，造成钢桶桶身W筋处由于圆周线不同，产生一定的摩擦铁屑。

由于当压辊轴不断转动，积累的扭矩越来越大，在压辊与桶身处的摩擦力也越来越大，使桶身在与压辊的接触部位沿压辊切线方向的变形越来越大，滚压成型的环筋形成凸凹不平的凸点。当变形产生的拉力超过金属材料的抗拉极限时，滚压成形的环筋就会被撕裂。同时，环筋与波纹筋之间形成的扭矩会使滚压过程的震动增大，使“W”筋与波纹筋形态不完整。

图5 “W”筋及波纹”标准尺寸图

由上述分析可知，“W”筋与波纹筋，因为两压辊滚压线速度不同步，压辊与桶身产生摩擦过大造成的。为了解决这个问题，可将“W”筋压辊由两个均为主动辊改为一个为主动辊，一个为被动辊，例如将上“W”筋压辊由键连接改为由轴套连接，使上“W”筋压辊与传动轴之间有滑动。如图所示为上“W”辊改为轴套连接结构滚压示意图

图6 “W”辊为轴套结构的滚压示意图

通过改变“W”筋辊的连接方式，有效减少”W筋与波纹筋的缺陷，减少了摩擦铁屑的产生，使得钢桶内的内洁度得到一定的提高，消除了W筋环筋处凸凹点的产生，解决了生产工艺上的工装设计的不足。