34CrMo4鋼沖壓氣瓶的成形工藝優(yōu)化.pdf

1、隨著石油資源的日益枯竭,天然氣作為一種常用的可替代能源越來越受到人們的重視,其在工業(yè)生產中的比重也越來越大,應用也越越來越廣泛。CNG(compressed natural gas)氣瓶作為一種常用的存儲和運輸天然氣的設備,其應用也在向著大型化、嚴工況和輕量化的方向發(fā)展。這就對CNG氣瓶的成形性提出了更為嚴格的要求。而目前我國對大型CNG氣瓶的成形研究還不多見,國內也尚無完整的大型CNG氣瓶的生產線。因此,研究大型CNG氣瓶的成形工藝并

2、用于指導相關的工業(yè)生產,對于我國的工業(yè)發(fā)展具有較強的理論和現(xiàn)實意義。本文以34CrMo4合金結構鋼為研究CNG氣瓶成形性能的實驗材料,原始坯料為Φ1200×10.5mm的大型厚板,最終成型高度超過1000mm。由于氣瓶的成形尺寸較大,在成形過程中更易發(fā)生變形不均勻、成形性不易控制等現(xiàn)象,也更難以保證成形的尺寸精度。
　　本研究主要內容包括：①對34CrMo4鋼的材料性能進行分析,通過熱模擬壓縮試驗得到了34CrMo4鋼的流變應力數(shù)

3、據(jù)。由于材料在壓縮過程中變形熱無法及時地散發(fā)出來,材料內部會存在變形熱效應,導致測得的流變應力數(shù)據(jù)不準確。因此,本文還在考慮變形熱效應的情況下對壓縮試驗測得的流變應力數(shù)據(jù)進行了修正。②利用修正后的34CrMo4鋼的流變應力數(shù)據(jù)建立了基于動態(tài)材料模型的加工圖,通過加工圖可以直觀地看出材料的加工穩(wěn)定區(qū)和失穩(wěn)區(qū)。其中加工穩(wěn)定區(qū)有兩個:溫度在273K到380K之間,應變速率在0.03s-1以下;溫度在530K到593K之間,應變速率在0.368

4、s-1以下。但是在實際的成形過程中,材料的應變速率和溫度并不容易控制,也很難保證材料的變形始終維持在加工穩(wěn)定區(qū)。因此,通過連結每個溫度下的加工最穩(wěn)定的點,本文獲得了一條相對較優(yōu)的加工路徑。當材料的變形沿著優(yōu)化的加工路徑進行時,就可以保證變形處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。③CNG氣瓶在拉深成形過程中,材料的應變速率和溫度是由沖頭的運行狀態(tài)決定的。本文通過有限元模擬和曲線擬合工具確定了一個關于沖頭運行速率和行程的關系式,通過這個關系式可以大致保證

5、材料的變形是沿著加工圖中的優(yōu)化路徑進行的,而沖頭的運行速率和行程在實際生產中是可以控制的,從而保證了加工圖的可用性。④為了保證 CNG氣瓶成形的尺寸和精度要求,本文通過有限元模擬優(yōu)化了CNG氣瓶拉深成形有關的模具參數(shù)。首先通過相關的工藝分析確定了拉深成形的三個道次,考慮到三個道次成形的相似性,本文對第一道次的成形過程進行了詳細分析。分析過程中以成形件底部的最小壁厚和壁厚均勻性為評判指標。經(jīng)過相關模擬分析,合理的凹模圓角半徑為60-100