基于20MnNiMo钢小型高压容器封头成形数值模拟及工艺优化

发布时间：2017-09-16 10:24

  本文关键词：基于20MnNiMo钢小型高压容器封头成形数值模拟及工艺优化

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【摘要】：20MnNiMo钢作为高压容器常用低合金材料广泛应用于众多过程工业设备之中,尤以承压容器以及防辐射设备为多,其使用场合也涉及民用、国防军工等多领域。源于国内外对高压容器封头研究多集中在大型厚壁封头的成形过程,且多以冲压、旋压等方式为主,对中小型高压容器的整锻成形几乎成忽略之势。因此,研究20MnNiMo低合金钢在高压容器不同成形工艺行为成为一个盲点,急需进一步研究。论文对封头热冲压和热模整锻两种成形理论研究,对新材料热物性参数提取,以及对成形过程有限元仿真相结合方式,基于20MnNiM o低合金钢对小型高压容器的封头(直径218mm；厚度9mm)成形数值模拟以及工艺优化进行研究。对论文主要研究工作概述具体如下：(1)20MnNiMo低合金钢热物性能获得。论文在综述20MnNiMo研究现状之余,及以前人对该材料热模拟压缩试验基础上,结合JMatpro软件推演计算验证公式对材料热物性能参数计算,获得一系列相关性能参数作比较,并对CAE软件材料数据库进行补充。(2)右封头热冲压成形数值模拟。在热力耦合前提下,利用Deform-2d对高压容器右球形封头模型建立及各参数设定,得到并分析其成形过程应力应变及温度分布情况,再对其成形性能(尺寸减薄量、封头贴模性、回弹定形性)进行评价。(3)左封头热模锻成形工艺仿真模拟。通过Deform-3 d对高压容器左封头有限元系统建立及参数设定,从应力应变、载荷、温度场以及材料流动四个方面分析其成形过程；始锻温度、摩擦系数、锻造速度分别对材料流动、上模磨损情况和成形过程载荷影响规律,并结合经验及模拟实验获得了合理的工艺参数范围。(4)基于正交试验左封头成形工艺参数优化。通过正交试验表制定,对左封头成形最大载荷以及凸模磨损进行研究,影响因素极差方差分析,获得一组最佳工艺参数组合。上述研究工作可总结为对20MnNiMo低合金钢在中小型高压容器两种热力耦合成形过程进行仿真模拟,分析其工艺参数影响因素和水平,进一步验证塑性成形理论在热力耦合下变形行为,也为模具寿命以及半球形封头成形工艺研究提供良好的理论支持。
【关键词】：20MnNiMo钢 半球形封头 热力耦合 Deform模拟 工艺参数
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH49;TG306
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 引言13-15
• 1.2 封头成形工艺现状15-17
• 1.2.1 热冲压15
• 1.2.2 锻造成形15-16
• 1.2.3 旋压成形16
• 1.2.4 爆炸成形16
• 1.2.5 分瓣拼焊16-17
• 1.3 封头整体锻造国内外研究现状17-18
• 1.3.1 国外研究现状17-18
• 1.3.2 国内研究进展及现状18
• 1.3.3 封头锻压发展趋势18
• 1.4 低碳低合金钢20MnNiMo研究现状18-19
• 1.5 本课题研意义和研究内容19-22
• 1.5.1 课题的提出及意义19-20
• 1.5.2 研究方法及内容20-22
• 第2章 有限元热力耦合分析基本理论22-28
• 2.1 有限元热力耦合分析理论22-25
• 2.1.1 热传递的基本方程22-23
• 2.1.2 初始条件和边界条件23-25
• 2.2 温度场变分原理及有限元求解25-26
• 2.2.1 变分原理25
• 2.2.2 传热有限元求解理论25-26
• 2.3 热力耦合分析理论26-27
• 2.4 有限元Deform软件介绍27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 20MnNiMo钢材料性能研究28-34
• 3.1 JMatPro软件介绍28-30
• 3.1.1 软件JMatPro简介及发展概况28-29
• 3.1.2 材料热物理性能相关研究29-30
• 3.2 运用JMatPro软件计算材料热物性参数30-33
• 3.2.1 JMatPro软件计算结果的验证30-31
• 3.2.2 20MnNiMo钢热物性计算31-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第4章 高压容器右封头热冲压成形数值模拟34-43
• 4.1 有限元模型建立及参数设定34-36
• 4.1.1 右封头有限元模型建立34-35
• 4.1.2 相关参数设定35-36
• 4.2 右封头成形过程分析36-39
• 4.2.1 应力分布36-38
• 4.2.2 应变分布38-39
• 4.2.3 温度分布39
• 4.3 封头热成形性能评价39-42
• 4.3.1 尺寸减薄量评价39-40
• 4.3.2 封头贴模性评价40-41
• 4.3.3 回弹定形性评价41-42
• 4.4 本章小结42-43
• 第5章 高压容器左封头热模锻成形工艺模拟43-54
• 5.1 左封头热模锻模具43-46
• 5.1.1 工艺分析及三维造型43-44
• 5.1.2 坯料尺寸筛选44-46
• 5.2 有限元分析系统的建立46-49
• 5.2.1 几何模型导入46
• 5.2.2 材料模型确定46-47
• 5.2.3 模拟参数设定及网格划分47-48
• 5.2.4 运动及接触参数设定48-49
• 5.3 左封头热模锻数值模拟分析49-53
• 5.3.1 应力应变及载荷分析50-51
• 5.3.2 温度场分析51-52
• 5.3.3 材料流动性分析52-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第6章 高压容器左封头热模锻工艺参数影响54-67
• 6.1 不同参数对金属材料流动的影响54-57
• 6.1.1 始锻温度54-55
• 6.1.2 摩擦系数55-56
• 6.1.3 成形速度56-57
• 6.2 不同参数对凸模磨损的影响57-61
• 6.2.1 始锻温度58-59
• 6.2.2 摩擦系数59-60
• 6.2.3 成形速度60-61
• 6.3 不同参数对成形载荷影响61-66
• 6.3.1 始锻温度61-62
• 6.3.2 摩擦系数62-64
• 6.3.3 成形速度64-66
• 6.4 本章小结66-67
• 第7章 基于正交试验的左封头成形工艺参数优化67-77
• 7.1 正交试验法设计及工艺方案确定67-69
• 7.1.1 正交试验法简介67-68
• 7.1.2 优化目标及正交试验表确定68-69
• 7.2 基于成形载荷的工艺参数优化69-72
• 7.2.1 最大成形载荷极差分析69-70
• 7.2.2 最大成形载荷方差分析70-71
• 7.2.3 最大成形载荷结果分析71-72
• 7.3 基于摩擦磨损的工艺参数优化72-74
• 7.3.1 最大磨损深度极差分析72
• 7.3.2 最大磨损深度方差分析72-73
• 7.3.3 最大磨损深度结果分析73-74
• 7.4 多目标工艺参数综合优化74-76
• 7.4.1 综合优化方法简介74
• 7.4.2 工艺参数目标函数建立74-76
• 7.5 本章小结76-77
• 第8章 结论与展望77-80
• 8.1 结论77-79
• 8.2 展望79-80
• 参考文献80-86
• 攻读硕士学位期间的学术论文目录86-87
• 致谢87

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