管件端部收口热旋压时的数值模拟及工艺参数的确定-材料加工专业论文.docxVIP

IV IV 3.1.4 变形后残余应力 29 3.2 成形工艺参数的选择及确定 29 3.2.1 旋 压 温 度 30 3.2.2 旋 轮进给率 31 3.2.3 旋 压道次和纵向进给量 31 3.2.4 旋 压 力 32 3.3 本章小结 33 4 无 缝气瓶收口热旋压的数值模拟结果与分析 34 4.1 管坯材料和尺寸的确定 34 4.2 管坯壁厚的断面变形图 35 4.2.1 不同道次下壁厚断面变形图 35 4.2.2 不同参数下壁厚断面变形图 37 4.2.2.1 旋 压温度对管坯壁厚的影响 37 4.2.2.2 进 给率对管坯壁厚的影响 39 4.3 管坯旋压收口的数值模拟结果及分析 40 4.3.1 等 效应变速率分析 41 4.3.1.1 旋 压温度对等效应变速率的影响 41 4.3.1.2 进 给率对等效应变速率的影响 42 4.3.2 等 效应力分析 44 4.3.2.1 旋 压温度对等效应力的影响 44 4.3.2.2 进 给率对等效应力的影响 45 4.3.3 等 效应力和等效应变速率关系 46 4.3.3.1 不 同温度下等效应力和应变速率的关系 46 V V 4.3.3.2 不 同进给率下等效应力和应变速率的关系 46 4.3.4 残 余应力分析 47 4.3.4.1 旋 压温度对残余应力的影响 47 4.3.4.2 进 给率对残余应力的影响 48 4.3.5 旋 压力模拟结果分析 49 4.3.5.1 旋 压温度对旋压力的影响 50 4.3.5.2 进 给率对旋压力的影响 51 4.4 本章小结 52 5 结 论 与 展 望 54 5.1 结论 54 5.2 展望 54 攻读硕士期间发表的论文 56 致 谢 57 参考文献 58 PAGE PAGE 10 1 绪论 管件端部热旋压收口是用旋压法将管 件端部直径缩小的一种成形 方 法， 用此种方法生产的产品 已广泛应用于工业、 矿 业、 军事、 医 药、 潜水、 汽车、航空航天等领域 [1 ] 。本文以旋压法生产无缝气瓶为例来分析管件端 部收口热旋压的成形过程，进而确定符合实际生产的合理工艺参数。 1.1 无缝气瓶收口热旋压成形研究的目的和意义 气瓶是一种气体储存容器，近年来，工业等各个行业的发展，对气瓶 的需求量非常大。气瓶有焊接和无缝两种 结构：焊接气瓶是采用传统的焊 接方法生产的气瓶，其制造工序复杂、成 本较高、产品密封性及承压能力 不理想； 无缝气瓶是由无缝管或中空 锻件经热旋压或锻造， 将两端收口 ( 收 底 ) 成形，无缝气瓶从根本 上消除了传统气瓶生产中与 焊缝有关的不连续、 强度降低 、 脆 裂和拉应力集中等缺陷 [1 - 4 ] 。 采 用无缝管制造的无缝气瓶 ， 具 有材质纯净，组织致密，外径、壁厚精度 高，表面质量好，尺寸范围广， 所制气瓶容量大，使用压力高，瓶体轻， 生产率高，成本低等特点，已成 为生产高压气瓶的主要方法。 无缝气瓶旋压成形技术是一项相对成熟的工艺，其端部收口的方法大 致有两种 ：采 用摩擦工具进行旋压成形 和单旋轮多道次旋压成形 ，如图 1 - 1 所示 。 无 缝气瓶旋压收口时不使用芯模， 因此又称无芯模旋压或 “空气模” 旋压。 摩擦工具旋压成形，是借助一块 具有一定型面的摩擦块或滚轮对管坯 的端部进行旋转压缩成形。摩擦块与管 坯之间的接触是整个摩擦面与管 坯 接触，接触面积大，所需成形力大，摩 擦工具有效寿命低，适合生产小 尺 寸的工件，对于大中型工件的收口采用单旋轮多道次旋压法更为有利 [5 ] 。 单旋轮多道次旋压法生产无缝气瓶是将金 属管坯夹紧于旋压机床的主轴 上，在管坯随主轴旋转过程中，通过旋 轮对其接触表面加压，产生局部 塑 性变形，并按着螺旋线的方式向边缘进 给，并根据管坯的相对壁厚来确 定 旋压道次，使管坯累积成形，最终达到 所需气瓶的形状、尺寸及质量要 求 而生产无缝气瓶的方法。旋轮与管坯之 间的接触为局部接触，这是一种 利 用局部连续变形，以较小的工艺力制成 较大工件的成形方法。这种方法 生 产的气瓶具有节省投资，节约能源，工 件加工成本低，产品质量高，易 实 现自动化等特点。 1 、卡盘 2 、管坯 3 、摩擦工具 1 、旋轮 2 、管坯 3 、夹紧装置 (a) 摩擦旋压 ( b ) 单旋轮旋压 图 1 － 1 旋压方法 Fig.1-1 Method of spinning 单旋轮多道次热旋压成形技术是近年来国外成形技术中一个新的技术 领域。无缝气瓶收口热旋压主要用于中、 厚壁管坯气瓶和一些难于冷变形 材料的气瓶成形。对于