一家专注流体压力成形技术
【作 者】任志斌;周存龙;周研
【摘 要】针对目前国内凸形封头生产工艺中出现的制造难的问题,本文提出了一种“封头内高压对胀成形”的新工艺。通过分析金属封闭型腔内压力胀形机理,利用自编制MATLAB程序生成DEFORM有限元仿真控制命令流,将金属胀形过程的几何参数及温度场逐步导出,结合实际气体状态方程式计算,得到受气体压强作用下金属的内部载荷值,导入有限元模型中替换原有载荷值后启动有限元运算模块,进行下一步模拟计算。实现模型在非定向变载荷作用下的成形仿真,并得出主要参数的关系曲线,为气压胀形理论在封头成形领域的可行性提供一定参考。
【引 言】
基于国内目前核电、化工等能源产业的快速发展，对于压力容器中封头的产品要求也在日益提高，针对现有封头生产工艺中出现的产品抗压稳定性差、加工制造困难等问题，本文提出了一种用于封头整体对胀成形的新工艺［1-2］。
气压胀形工艺模拟压力容器的实际工作环境，在封头受内压时，会沿着壳体内表面的法线方向产生作用力，且作用力均匀分布［3］。在成形过程中，壳体的形状时刻发生变化，所以用传统机械的方法不能实现作用力始终沿着壳体内表面法线方向，且力能均布。
以气压胀形为成形机理模拟封头成形，并通过有限元模拟成形过程，分析成形过程中气体压强变化曲线、体积变化曲线和金属受力情况，并通过实验进行比对分析。
【结 论】
通过金属塑性变形分析研究了金属壳体内高压热胀成形过程中的能量守恒，掌握了胀形过程中的温度场和时间变化对成形的影响规律。通过对模拟结果的分析，证明了金属气胀成形的可行性。
并得出以下结论:
(1) 通过研究金属内高压对胀成形工艺及理论，掌握了作为气体膨胀约束条件的金属形变规律，以及高温高压气体在热膨胀过程中压强的变化和阻止其膨胀的边界条件。
(2) 自编译 MATLAB 命令流程序，并运用 DEFORM 有限元软件模拟了金属壳体内高压对胀成形的过程，在钢板间隙内加入 0． 1 mL 的水量，进行模拟计算。得出试件在气压胀形过程中受温度、压强、体积以及金属变形抗力等诸多影响因素作用下的关系曲线。得到压强由初始的 1．309 49 MPa 收敛于0．261 MPa 附近。壳体内部体积由15 393． 848mm3 收敛于 350 119． 145 8 mm3。
(3) 观察曲线走势，变形开始时压强减小很快，积变化对气体压强影响显著。内部体积平缓增大，曲线无明显波动，表明气体介质的可压缩性对金属形变有很好的保护作用，提高了成形稳定性。由于胀形过程是无模胀形，仅通过控制加热温度及初始加入的气体膨胀介质的量，就可使金属快速成形，这大大简化了通过分体成形组焊和大型模具冲压成形的传统工艺。
以下是正文：
