鐵路罐車罐體成形關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、鐵路罐車罐體結(jié)構(gòu)零部件是罐車關(guān)鍵承載零部件，其制造加工質(zhì)量直接關(guān)系到罐車運(yùn)行安全和可靠性。罐車罐體主要包括封頭和筒節(jié)兩大關(guān)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(guò)程，以及坯料制備過(guò)程中的對(duì)接焊接和罐體組裝過(guò)程中的焊接加工工藝過(guò)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(duì)罐體封頭沖壓、筒節(jié)滾壓及其相關(guān)焊接工藝規(guī)程的制定基本還是依靠傳統(tǒng)模式進(jìn)行，即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)試制調(diào)整工藝參數(shù)來(lái)開(kāi)展新產(chǎn)品的開(kāi)

2、發(fā)和研制。該方法極大的提高了產(chǎn)品研制的成本，且生產(chǎn)效率極為低下。而且傳統(tǒng)罐體制造工藝方法對(duì)罐體制造過(guò)程中可能出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷及其對(duì)罐體后期運(yùn)行中的安全影響無(wú)法進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制。因此，在罐體制造加工中引入并使用先進(jìn)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(chǔ)，使用有限元數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)罐體制造加工工藝過(guò)程展開(kāi)系統(tǒng)而深入的研究。本文主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)論如下:
　　(1)進(jìn)行罐體材質(zhì)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(yàn)的方法對(duì)Q345R母材試樣和對(duì)接焊試樣材料進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，Q345R材料有良好的塑性成形性能。
　　(2)試驗(yàn)對(duì)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(chǎn)品性能和質(zhì)量，采用試驗(yàn)的方法，分別使用冷沖壓工藝、熱沖壓工藝和旋壓工藝進(jìn)行封頭塑性成形加工。試驗(yàn)表明，熱沖壓封頭

4、成形方便，但成形后產(chǎn)品形狀尺寸變化大，且需要加熱等附屬設(shè)備;旋壓封頭成形表面質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量好，但成形載荷大。綜合比較分析表明，采用冷壓工藝進(jìn)行鐵路罐車封頭加工能更好的保證罐車的加工質(zhì)量和運(yùn)行安全，因此采用冷拉延成形工藝進(jìn)行罐車封頭大批量制造。
　　(3)對(duì)封頭冷拉延成形過(guò)程進(jìn)行有限元模擬分析。大型封頭的冷拉延成形過(guò)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(shè)計(jì)了圓形筋、矩形筋展開(kāi)拉延成形分析，并和無(wú)拉延筋的成形工藝進(jìn)行比較。對(duì)比分析表明，矩形拉延筋能更有效的保證封頭成形質(zhì)量。
　　(4)展開(kāi)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(duì)成形過(guò)程的影響進(jìn)行了研究。封頭成形工藝參數(shù)要既能保證產(chǎn)品成形質(zhì)量，又能節(jié)約設(shè)備噸位，降低能耗。研究表明，壓邊力和模具間隙對(duì)成形載荷和成形質(zhì)量影響明顯。過(guò)小間隙使得成形載荷急劇上升，但成形后回彈

6、較小，產(chǎn)品無(wú)明顯起皺和鼓包成形缺陷;壓邊力過(guò)小則造成起皺明顯，材料無(wú)法順利轉(zhuǎn)移到模內(nèi)，亦使得成形載荷急劇上升。根據(jù)研究結(jié)果，得到封頭成形時(shí)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(duì)筒節(jié)滾彎漸進(jìn)塑性變形過(guò)程進(jìn)行研究。研究表明，筒節(jié)成形過(guò)程中摩擦系數(shù)等工藝參數(shù)對(duì)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(guò)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(duì)拉延模具成形過(guò)程中的模具受力及磨損的模擬分析表明，合理設(shè)置模具工藝參數(shù)能延長(zhǎng)模具壽命，進(jìn)而降低產(chǎn)品制造成本。
　　(7)罐體制造中的焊接分析。罐體加工時(shí)，涉及的主要焊接問(wèn)題是封頭坯料制備時(shí)的厚板對(duì)接焊，筒節(jié)滾彎成形后的對(duì)接焊以及筒節(jié)、封頭的組裝焊接。封頭制備時(shí)的對(duì)接焊，直接影響封頭塑性沖壓加工，尤其是焊后殘余應(yīng)力對(duì)沖壓有一定的影響。筒節(jié)對(duì)接焊殘余應(yīng)力也對(duì)焊后滾彎校形有一定的影響。使用焊接數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)厚板焊接過(guò)程進(jìn)