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基于20MnNiMo钢小型高压容器封头成形数值模拟及工艺优化

华凯旋  
【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。


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