橢圓形封頭冷沖壓成形殘余影響及其表征方法研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長和工業(yè)化的持續(xù)推進(jìn)，奧氏體不銹鋼制壓力容器的需求越來越大，其封頭常采用冷沖壓成形的橢圓形封頭。冷沖壓橢圓形封頭因其具有成形性能好、成形精度高以及能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用。
　　冷沖壓工藝會(huì)對封頭造成殘余影響，主要體現(xiàn)在板料的塑性變形以及厚度變化兩方面。塑性變形會(huì)誘發(fā)奧氏體不銹鋼產(chǎn)生馬氏體相變，材料強(qiáng)度、硬度增加的同時(shí)，塑性、韌性也會(huì)下降。冷沖壓后封頭上材料的力學(xué)性能也會(huì)根據(jù)所在位置的塑性變形發(fā)生不同程度

2、的改變。目前，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)給出的橢圓形封頭塑性變形預(yù)測公式僅是針對封頭的最大塑性變形，并不能全面反映封頭冷沖壓殘余影響。
　　冷沖壓導(dǎo)致的材料力學(xué)性能以及壁厚的變化均有可能影響容器的安全服役，近年來封頭失效的案例也確有發(fā)生，因此，研究封頭冷沖壓殘余影響、建立考慮封頭冷沖壓殘余影響的容器分析方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，以保證容器設(shè)計(jì)的安全可靠。
　　在浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號2010R50001）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)

3、專項(xiàng)資金（項(xiàng)目編號2014FZA4024）、中國博士后科學(xué)基金(項(xiàng)目編號2014M551731)等的支持下，本文針對奧氏體不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭冷沖壓殘余影響及其表征的問題，完成了以下工作:
　　(1)利用ABAQUS建立了冷沖壓過程的數(shù)值仿真方法，通過對不同規(guī)格的封頭進(jìn)行冷沖壓成形模擬，得到了封頭塑性變形分布規(guī)律以及厚度變化規(guī)律，建立了相應(yīng)的公式預(yù)測方法。
　　(2)分析了在成形次數(shù)、模具倒角、板料直徑以及材料本構(gòu)不同的條件

4、下，封頭冷沖壓殘余影響的變化規(guī)律。結(jié)果表明:多次成形與材料本構(gòu)對于封頭塑性變形的影響不大;模具倒角越大，塑性變形越小，直徑越小的封頭所受影響越明顯;板料直徑增大，封頭塑性變形會(huì)隨之增加。
　　(3)開展了封頭冷沖壓成形試驗(yàn)研究，將試驗(yàn)測量得到的封頭經(jīng)向、環(huán)向以及厚度方向的塑性變形與數(shù)值仿真以及預(yù)測公式的計(jì)算結(jié)果相比較，發(fā)現(xiàn)兩者的計(jì)算結(jié)果能夠較好地吻合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此，這兩種方法的計(jì)算結(jié)果是可靠的。
　　(4)建立了考慮封頭冷沖

5、壓殘余影響的兩種容器建模方法:通過導(dǎo)入沖壓模擬結(jié)果，在ANSYS中重新構(gòu)建封頭模型，能夠最大程度還原冷沖壓成形數(shù)值仿真的計(jì)算結(jié)果，但過程相對復(fù)雜，適合結(jié)構(gòu)簡單的容器;利用冷沖壓殘余影響預(yù)測公式簡化封頭建模方法，能在保證計(jì)算精度的前提下，簡化建模步驟，具有更廣的適用性。
　　(5)通過容器的應(yīng)變強(qiáng)化試驗(yàn)，測量了封頭及筒體上應(yīng)變隨壓力的變化情況，并將數(shù)據(jù)與考慮封頭冷沖壓殘余影響容器建模方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果基本吻合