304L碟形封头冲压成形工艺研究

发布时间：2017-09-04 04:42

  本文关键词：304L碟形封头冲压成形工艺研究

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【摘要】：随着国家能源战略向新能源倾斜,以液氢、液氮、液化天然气为代表的新能源产业近年来得到了飞速发展,奥氏体不锈钢压力容器作为低温液体的重要储运装备需求量越来越大,封头作为压力容器的重要部件,需求量也成倍增长。采用碟形封头在压力容器长度相同的情况下,能显著提高容器的容积,而304L碟形封头生产一直是压力容器生产中的难点。目前在304L碟形封头冲压生产中,成形后封头的马氏体含量过高、回弹量较大、容易出现起皱和鼓包等缺陷,一直是亟待解决的问题。304L形变诱发马氏体转变量主要和Ms、Md以及镍当量有关,而化学成分是影响Ms、Md和镍当量的重要因素。本文通过对304L进行化学成分分析,得到了304L的化学成分含量,进而得到Ms、Md。通过304L马氏体转变量标定试验得到了马氏体转变量和塑性变形量的关系,借助有限元软件MSC.Marc得到碟形封头不同冲压深度时所对应的塑性变形量,综合考虑制定304L碟形封头的冲压工艺为先冷压270mm,然后将板料凸缘部位加热到160℃进行第二次冲压。通过有限元模拟研究了最大压边力、凸凹模间隙对封头口径回弹量、最小壁厚和冲压成形载荷的影响规律。研究表明当最大压边力为22000kN,凸凹模间隙为11mm,封头成形质量较高。通过正交试验研究了拉深筋各参数对碟形封头口径回弹量的影响规律,最终发现拉深筋筋高h对碟形封头口径回弹量影响最为显著,得到最优的拉深筋参数为筋高h为20mm,拉深筋外圆角半径为20mm,拉深筋内圆角半径为20mm,凹槽外圆角半径为30mm。根据优化后的拉深筋参数和凸凹模间隙并考虑碟形封头的回弹量设计模具,使用优化后的的工艺参数进行现场试验,冲压完成后测得封头的最小壁厚为9.3mm,最大壁厚为10.3mm,马氏体含量最高为8.6%,碟形封头口径回弹量为3mm,封头的贴模性良好,曲面部分最大回弹量为1.2mm,试验所得产品质量合格,没有鼓包、起皱等缺陷出现。
【关键词】：碟形封头 马氏体含量控制 数值模拟 回弹 试验验证
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG386
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 引言12
• 1.2 奥氏体不锈钢12-14
• 1.2.1 奥氏体不锈钢12-13
• 1.2.2 奥氏体不锈钢特点13
• 1.2.3 304L应变强化原理及应用13-14
• 1.3 冷冲压成形碟形封头14-20
• 1.3.1 封头成形国内外研究现状14-15
• 1.3.2 封头特点与分类15-16
• 1.3.3 冷冲压成形封头优点16-17
• 1.3.4 拉深筋的设计原则17-18
• 1.3.5 碟形封头冲压成形工艺18-20
• 1.4 奥氏体不锈钢冲压过程马氏体含量控制20-22
• 1.4.1 形变诱发马氏体相变机理20-22
• 1.4.2 塑性变形量对 304L碟形封头力学性能的影响22
• 1.5 碟形封头冲压工艺参数优化分析22
• 1.6 本课题研究的内容及意义22-24
• 1.6.1 研究内容22-23
• 1.6.2 研究意义23-24
• 第2章 碟形封头冷冲压生产24-37
• 2.0 封头冲压成形理论24-26
• 2.1 碟形封头贴模机理26-27
• 2.2 碟形封头冷冲压成形试验27-30
• 2.2.1 封头的尺寸及形状27
• 2.2.2 母材的化学成分试验27-28
• 2.2.3 试验及测量设备28-29
• 2.2.4 冲压试验过程29-30
• 2.3 试验结果分析30-35
• 2.3.1 封头表面成形质量30
• 2.3.2 曲面形状30-33
• 2.3.3 封头壁厚变化33-34
• 2.3.4 马氏体含量变化34-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第3章 碟形封头冲压成形有限元模拟37-46
• 3.1 有限元软件MSC·Marc37
• 3.2 有限元模型的构建37-40
• 3.2.1 几何模型的建立37-38
• 3.2.2 主要参数设置38-40
• 3.3 模拟结果分析40-45
• 3.3.1 冷冲压封头壁厚变化40-41
• 3.3.2 冷冲压成形封头的塑性变形41-42
• 3.3.3 成形封头应力分布情况42-43
• 3.3.4 冷冲压封头回弹情况43-44
• 3.3.5 冷冲压封头冲压载荷变化44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 碟形封头冲压成形马氏体含量控制46-56
• 4.1 材料分析与试验46-51
• 4.1.1 形变马氏体标定试验46-48
• 4.1.2 金相组织分析48-51
• 4.2 碟形封头冲压成形马氏体含量的控制51-55
• 4.2.1 工艺方案制定51-53
• 4.2.2 试验结果和讨论53-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第5章 碟形封头工艺参数优化56-72
• 5.1 35.1压边力对碟形封头的影响规律56-60
• 5.1.1 压边力对封头贴模性的影响56-58
• 5.1.2 压边力对封头壁厚的影响58-59
• 5.1.3 最大压边力对冲压成形载荷的影响59-60
• 5.2 凸凹模间隙对碟形封头的影响规律60-63
• 5.2.1 凸凹模间隙对封头回弹量的影响60-61
• 5.2.2 凸凹模间隙对封头壁厚减薄量的影响61-62
• 5.2.3 凸凹模间隙对封头成形载荷的影响62-63
• 5.3 拉延筋各参数对封头冲压成形质量的影响63-66
• 5.3.1 正交设计法原理63
• 5.3.2 正交试验设计63-64
• 5.3.3 数值模拟优化分析64-66
• 5.4 试验验证66-71
• 5.4.1 毛坯尺寸的确定66-67
• 5.4.2 模具设计67-68
• 5.4.3 成形封头壁厚变化68-69
• 5.4.4 成形封头马氏体含量检测69-70
• 5.4.5 成形封头回弹量检测70-71
• 5.5 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果78-79
• 致谢79-80

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本文编号：789441