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钛气瓶成形中旋压技术的应用及分析

苏楠  
【摘要】:气瓶是指不同压力、不同容积、不同结构形式和不同材料用以贮运气体的压力容器,具有永久性、耐压性、可重复性、易移动性的特点,广泛的应用于航天航空、家庭生活、交通运输、加工制造、海洋作业、军队作战等情况下气体的储存和运输,可适用于永久气体、液化气体和溶解气体。但由于材料和设备的限制,耐高压耐腐蚀、大尺寸或小尺寸的气瓶依旧是行业旨在突破的重点。 本文提出的钛气瓶的制作方案与实验,都是以耐高压耐腐蚀的中小气瓶为目的,涉及了钛气瓶的成形方案及工艺路线,并验证其可行性,对钛的强力旋压和钛气瓶的收口等技术进行重点模拟和实验分析。相对于目前钛气瓶的制作工艺路线,挤压和旋压成形提高了气瓶的性能,同时提高生产效率,减少生产成本。本文的研究对钛气瓶生产线、钛旋压工艺设备研制和钛合金旋压研究有良好的实验、实践价值。 本文从大量文献资料和生产实践经验的分析整合中,提取出一条适合钛气瓶的制作方案和工艺路线,将钛锭经过锻造、挤压、旋压、收口制造成钛气瓶。作为《钛及钛合金气瓶旋压成形研究》的前期预研或理论研究准备工作的一部分,主要从已有相关成果、经验及理论上论证其可行性,并做了从力学和运动学等方面对钛气瓶强力旋压、气瓶收口的塑性变形机理进行理论分析,完成强旋中各旋压力的关系表达式、气瓶收口时两成形旋轮的相互力学关系等必要的理论研究准备工作。 本文还介绍了强力旋压和旋压收口成形技术的有限元仿真方法。使用三维造型软件对相应旋压设备进行三维造型,用网格划分器进行实体处理与网格划分,运用塑性成形分析软件DEFORM对旋压过程数值模拟分析,得到工件的应力云图、应变云图、金属流动速度图和旋轮的载荷图,并据此分析了旋压状态,所得到的应力应变、旋压力和速度分布与理论分析作比较,得出相应的实验可用数据。最后,通过工艺试验,验证了数值模拟的中的可行性数据,实际效果符合理论研究。在实验成形件中对成功件与缺陷件、普通成形件进行材料分析对比,得出旋压技术应用的可行性与经济性。


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