34CrMo4鋼沖壓氣瓶的成形工藝優(yōu)化.pdf

1、隨著石油資源的日益枯竭,天然氣作為一種常用的可替代能源越來越受到人們的重視,其在工業(yè)生產(chǎn)中的比重也越來越大,應(yīng)用也越越來越廣泛。CNG(compressed natural gas)氣瓶作為一種常用的存儲和運輸天然氣的設(shè)備,其應(yīng)用也在向著大型化、嚴工況和輕量化的方向發(fā)展。這就對CNG氣瓶的成形性提出了更為嚴格的要求。而目前我國對大型CNG氣瓶的成形研究還不多見,國內(nèi)也尚無完整的大型CNG氣瓶的生產(chǎn)線。因此,研究大型CNG氣瓶的成形工藝并

2、用于指導相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn),對于我國的工業(yè)發(fā)展具有較強的理論和現(xiàn)實意義。本文以34CrMo4合金結(jié)構(gòu)鋼為研究CNG氣瓶成形性能的實驗材料,原始坯料為Φ1200×10.5mm的大型厚板,最終成型高度超過1000mm。由于氣瓶的成形尺寸較大,在成形過程中更易發(fā)生變形不均勻、成形性不易控制等現(xiàn)象,也更難以保證成形的尺寸精度。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①對34CrMo4鋼的材料性能進行分析,通過熱模擬壓縮試驗得到了34CrMo4鋼的流變應(yīng)力數(shù)

3、據(jù)。由于材料在壓縮過程中變形熱無法及時地散發(fā)出來,材料內(nèi)部會存在變形熱效應(yīng),導致測得的流變應(yīng)力數(shù)據(jù)不準確。因此,本文還在考慮變形熱效應(yīng)的情況下對壓縮試驗測得的流變應(yīng)力數(shù)據(jù)進行了修正。②利用修正后的34CrMo4鋼的流變應(yīng)力數(shù)據(jù)建立了基于動態(tài)材料模型的加工圖,通過加工圖可以直觀地看出材料的加工穩(wěn)定區(qū)和失穩(wěn)區(qū)。其中加工穩(wěn)定區(qū)有兩個:溫度在273K到380K之間,應(yīng)變速率在0.03s-1以下;溫度在530K到593K之間,應(yīng)變速率在0.368

4、s-1以下。但是在實際的成形過程中,材料的應(yīng)變速率和溫度并不容易控制,也很難保證材料的變形始終維持在加工穩(wěn)定區(qū)。因此,通過連結(jié)每個溫度下的加工最穩(wěn)定的點,本文獲得了一條相對較優(yōu)的加工路徑。當材料的變形沿著優(yōu)化的加工路徑進行時,就可以保證變形處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。③CNG氣瓶在拉深成形過程中,材料的應(yīng)變速率和溫度是由沖頭的運行狀態(tài)決定的。本文通過有限元模擬和曲線擬合工具確定了一個關(guān)于沖頭運行速率和行程的關(guān)系式,通過這個關(guān)系式可以大致保證

5、材料的變形是沿著加工圖中的優(yōu)化路徑進行的,而沖頭的運行速率和行程在實際生產(chǎn)中是可以控制的,從而保證了加工圖的可用性。④為了保證 CNG氣瓶成形的尺寸和精度要求,本文通過有限元模擬優(yōu)化了CNG氣瓶拉深成形有關(guān)的模具參數(shù)。首先通過相關(guān)的工藝分析確定了拉深成形的三個道次,考慮到三個道次成形的相似性,本文對第一道次的成形過程進行了詳細分析。分析過程中以成形件底部的最小壁厚和壁厚均勻性為評判指標。經(jīng)過相關(guān)模擬分析,合理的凹模圓角半徑為60-100