鐵路罐車罐體成形關鍵技術研究.pdf

1、鐵路罐車罐體結構零部件是罐車關鍵承載零部件，其制造加工質量直接關系到罐車運行安全和可靠性。罐車罐體主要包括封頭和筒節(jié)兩大關鍵零件。罐體制造加工工藝主要包含封頭沖壓成形、筒節(jié)滾壓成形等塑性加工成形過程，以及坯料制備過程中的對接焊接和罐體組裝過程中的焊接加工工藝過程。目前，由于鐵路罐車罐體尺寸大、材料厚度較厚，制造企業(yè)對罐體封頭沖壓、筒節(jié)滾壓及其相關焊接工藝規(guī)程的制定基本還是依靠傳統(tǒng)模式進行，即根據(jù)經驗和實驗試制調整工藝參數(shù)來開展新產品的開

2、發(fā)和研制。該方法極大的提高了產品研制的成本，且生產效率極為低下。而且傳統(tǒng)罐體制造工藝方法對罐體制造過程中可能出現(xiàn)的質量缺陷及其對罐體后期運行中的安全影響無法進行預測和控制。因此，在罐體制造加工中引入并使用先進的成形工藝研究手段十分必要。本文采用以罐體成形理論分析為基礎，使用有限元數(shù)值模擬和實驗相結合的方法，對罐體制造加工工藝過程展開系統(tǒng)而深入的研究。本文主要研究內容和研究結論如下:
　　(1)進行罐體材質Q345R材料性能研究。Q

3、345R材料是罐車罐體常用材料，其也是壓力容器專用鋼板。采用試驗的方法對Q345R母材試樣和對接焊試樣材料進行拉伸試驗、彎曲試驗和沖擊試驗。試驗表明，Q345R材料有良好的塑性成形性能。
　　(2)試驗對比研究罐體封頭成形工藝。鐵路罐車封頭由于尺寸大、材料厚，其塑性成形加工難度大。為保證既能順利成形封頭，又能保證良好的產品性能和質量，采用試驗的方法，分別使用冷沖壓工藝、熱沖壓工藝和旋壓工藝進行封頭塑性成形加工。試驗表明，熱沖壓封頭

4、成形方便，但成形后產品形狀尺寸變化大，且需要加熱等附屬設備;旋壓封頭成形表面質量較差，成形效率較低，僅適合單件試制;冷沖壓封頭尺寸穩(wěn)定，產品質量好，但成形載荷大。綜合比較分析表明，采用冷壓工藝進行鐵路罐車封頭加工能更好的保證罐車的加工質量和運行安全，因此采用冷拉延成形工藝進行罐車封頭大批量制造。
　　(3)對封頭冷拉延成形過程進行有限元模擬分析。大型封頭的冷拉延成形過程中，型面回彈和起皺是其主要成形缺陷，而拉延筋是控制其成形缺陷的

5、重要工藝措施。根據(jù)橢圓形封頭成形特性和要求，設計了圓形筋、矩形筋展開拉延成形分析，并和無拉延筋的成形工藝進行比較。對比分析表明，矩形拉延筋能更有效的保證封頭成形質量。
　　(4)展開封頭拉延成形重要工藝參數(shù)，如摩擦系數(shù)、壓邊力、凸凹模間隙等對成形過程的影響進行了研究。封頭成形工藝參數(shù)要既能保證產品成形質量，又能節(jié)約設備噸位，降低能耗。研究表明，壓邊力和模具間隙對成形載荷和成形質量影響明顯。過小間隙使得成形載荷急劇上升，但成形后回彈

6、較小，產品無明顯起皺和鼓包成形缺陷;壓邊力過小則造成起皺明顯，材料無法順利轉移到模內，亦使得成形載荷急劇上升。根據(jù)研究結果，得到封頭成形時合理的壓邊力、凸凹模間隙等成形工藝參數(shù)。
　　(5)筒節(jié)滾彎成形數(shù)值模擬分析。使用有限元法對筒節(jié)滾彎漸進塑性變形過程進行研究。研究表明，筒節(jié)成形過程中摩擦系數(shù)等工藝參數(shù)對成形有重要影響。
　　(6)封頭拉延模具磨損分析。封頭拉延成形過程中，模具成形表面，尤其是小圓角型面的磨損是影響模具壽命

7、的主要因素。對拉延模具成形過程中的模具受力及磨損的模擬分析表明，合理設置模具工藝參數(shù)能延長模具壽命，進而降低產品制造成本。
　　(7)罐體制造中的焊接分析。罐體加工時，涉及的主要焊接問題是封頭坯料制備時的厚板對接焊，筒節(jié)滾彎成形后的對接焊以及筒節(jié)、封頭的組裝焊接。封頭制備時的對接焊，直接影響封頭塑性沖壓加工，尤其是焊后殘余應力對沖壓有一定的影響。筒節(jié)對接焊殘余應力也對焊后滾彎校形有一定的影響。使用焊接數(shù)值模擬技術，對厚板焊接過程進