封頭整體內(nèi)壓脹形實驗研究及數(shù)值模擬.pdf

1、針對封頭單件、小批量生產(chǎn)模具費用高，生產(chǎn)成本高的問題，本文提出了一種整體內(nèi)壓脹形封頭的新工藝。 本文采用實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對封頭整體內(nèi)壓脹形工藝進行了研究。首先，對封頭整體內(nèi)壓脹形過程進行了受力分析，得出封頭整體內(nèi)壓脹形所需要的臨界壓力公式。然后，對初始板料尺寸Φ360×3mm.的兩種不同幾何形狀的Q235試件進行了液壓脹形實驗，圓平板狀態(tài)試件在脹形過程中開裂，而毛坯進行了預(yù)彎的試件在加載到7MPa卸載后，獲得了長短軸

2、之比為2.6的橢圓封頭，與標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭(長短軸之比為2)的差距很小。通過實驗取得了封頭整體內(nèi)壓脹形的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確定了封頭整體內(nèi)壓脹形的可行性。以上述實驗為基礎(chǔ)，對封頭整體內(nèi)壓脹形進行了相應(yīng)的有限元模擬，并將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行了對比，分析了試件在內(nèi)壓脹形過程中的應(yīng)力集中以及等效應(yīng)力的大小和分布情況等，發(fā)現(xiàn)試件初始幾何形狀對脹形結(jié)果有很大的影響。試件焊縫處為脹形過程中的薄弱點，以圓平板狀態(tài)整體內(nèi)壓脹形封頭時，試件焊縫處應(yīng)力集中嚴(yán)重，材料

3、塑性應(yīng)變量大，內(nèi)壓3MPa時焊縫處等效應(yīng)力為507MPa，等效應(yīng)變量高達42.5％，導(dǎo)致試件開裂；對初始板料進行預(yù)彎可以大大降低試件在脹形過程中的應(yīng)力集中問題，預(yù)彎試件在內(nèi)壓7MPa時，焊縫處等效應(yīng)力為460.8MPa，等效應(yīng)變?yōu)閘0.5％，僅為圓平板狀態(tài)試件在內(nèi)壓3MPa時最大等效應(yīng)變的24.7％。通過實驗與有限元模擬的對比研究，試件預(yù)彎內(nèi)半徑取毛坯半徑的1/9比較合適，可以有效降低試件在脹形過程中的應(yīng)力、應(yīng)變等。 通過對封頭

4、整體內(nèi)壓脹形過程中應(yīng)力、應(yīng)變場以及脹形后試件幾何形狀的分析，揭示了封頭整體內(nèi)壓脹形的規(guī)律，并對封頭整體內(nèi)壓脹形的毛坯結(jié)構(gòu)和工藝進行了優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上對Q235，φ3600x30mm的封頭進行了整體內(nèi)壓脹形有限元模擬。模擬結(jié)果顯示，內(nèi)壓10MPa時，試件長短軸之比為1.89，小于標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭長短軸之比2；試件焊縫處等效應(yīng)變最大，為129％，小于材料的極限延伸率27％；試件頂部材料減薄率最大，為7.7％，小于GBT4746-2002規(guī)定的減