球罐熱塑性成形技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬.pdf

1、球罐是現(xiàn)代石油化學(xué)工業(yè)及其能源工業(yè)的重要儲(chǔ)存設(shè)備，特別是在氣體燃料的存儲(chǔ)與供應(yīng)中，處于舉足輕重的位置。但是，目前的球罐制作工藝仍然是沿用大型壓力機(jī)模壓成形或旋壓成形，再經(jīng)機(jī)械切割形成球瓣，最后拼裝焊接成球狀。在此過程中，模壓所使用的大型或重型設(shè)備對(duì)制造企業(yè)的投資要求很高，機(jī)械切割造成鋼板的利用率很低，球瓣拼裝后所形成的焊縫是空間曲線，導(dǎo)致對(duì)不同容積的球罐需要分別制作專用的自動(dòng)焊接導(dǎo)向裝置。因此，形成了好多新的成形方法，如液壓成形，爆炸成

2、形等。哈工大的王仲仁教授1985年提出了一種新的球形容器成形方法，即無模液壓脹型技術(shù)，制造出了許多裝飾用球罐，也制造出了一些高壓容器。
　　 本文利用了一種新的球罐的成形方法，即熱塑性成形的方法做出了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。其方法是先制成一個(gè)由多邊形構(gòu)成的球形內(nèi)接多面體，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室研究等，在多面體下極板上預(yù)置空氣接管，空氣接管的另一端接排氣閥和壓力表，再接空氣壓縮機(jī)，加溫到塑性變形溫度后保溫，加壓到指定壓力進(jìn)行成形加工。用氣體作為壓力的載體對(duì)

3、加熱到熱塑性變形溫度的封閉多面體進(jìn)行加壓，在高溫作用下，鋼材的性能發(fā)生很大的改變，塑性變形的強(qiáng)度變的很低，這樣我們就可以在一個(gè)比較低的壓力下完成球罐殼體的熱塑性成形。球罐熱塑性成形不需要大型沖壓設(shè)備、直焊縫便于自動(dòng)焊接設(shè)備的利用，焊縫質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率提高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，施工環(huán)境大為改善，制造成本降低，殼體中應(yīng)力分布比較均勻，質(zhì)量更好?？墒蛊髽I(yè)減少大型設(shè)備投資上千萬元，大型球罐的加工成本降低很多。
　　 首先，本文對(duì)國內(nèi)外球罐成形

4、的技術(shù)進(jìn)行了較全面地研究分析和總結(jié)，首次在國內(nèi)開展高溫低壓并通入氣體的無模脹形技術(shù)成形方法的實(shí)驗(yàn)研究。依據(jù)我們現(xiàn)有的環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件，并根據(jù)壓力容器的設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)熱塑性成形技術(shù)的球罐進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，做出了32面的足球式的球罐實(shí)體模型。本文的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎玫氖沁呴L(zhǎng)相等的12個(gè)正五邊形和20個(gè)正六邊形平板，將其焊接而成32面足球式的多面殼體，然后將其放入箱式電阻爐加熱到900℃時(shí)，使殼體保溫10-15分鐘后用壓縮機(jī)充入氣體，然后脹成了比較

5、理想的圓球。
　　 其次，對(duì)所做的實(shí)體模型用壓力容器行業(yè)指定的有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，考慮了材料的熱物理性能和力學(xué)性能在高溫下的變化即材料和幾何的非線性，模擬分析了在高溫下成形的實(shí)體模型球罐的應(yīng)力變形及位移等；同時(shí)也建立了常溫高壓下通入液體成形的球罐的有限元模型（和本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷某叽缂安牧系榷家粯?，只是成形的溫度和壓力及成形方法不同），并?duì)其進(jìn)行了數(shù)值分析，并和熱塑性成形的球罐進(jìn)行了對(duì)比，從而驗(yàn)證了熱塑性成形方