用旋压的方法加工薄壁大直径的封头产品 ,已经成为当前封头生产的主要方法。在专用旋压机上进行封头的成形具有效率高 ,节能和环保等优点。由于封头旋压成形的特点及难度 ,其尺寸和质量控制更多地依赖于操作者的经验 ,缺乏精确的理论分析手段 ,在成品质量及过程控制上都应进行改进和提高。对于成形过程进行科学预测 ,并对工艺加以优化 ,已经成为人们关注的实际问题。文中对碟形封头冷旋压成形过程进行了三维弹塑性有限元模拟 ,计算了旋压力 ,与实测值比较验证了模拟结果的可靠性 ,为上述问题的解决和进一步深入研究打下了良好的基础。1 碟形封头三维有限元数学模型的建立和边界条件的确定碟形封头三维有限元数学模型的建立依据实际产品形状及尺寸特点而定。图1ａ为平板坯在一台专用旋压机上旋制碟形封头球冠部分的模型 ,图 1ｂ为旋制碟形封头折边部分的模型 ,同时也适合于先通过压机预成形球冠部分然后再旋压成形的情况。在分析和计算时 ,模型所受的约束的边界条件及接触条件与实际封头成形时的状况力求一致 ,并作了一定的简化 ,即 :将旋压辊和成形辊设为刚性体 ,板坯 (或已成形的球冠部分 )为变形体 ,旋压辊和成形辊模型在绕板坯轴线公转的同时 ,又使其自转 ,并实现板坯成形的进给运动。因为是冷成形 ,忽略了温度变化的影响 ,对于旋压辊和成形辊于板坯之间的摩擦给予了考虑。所建模型的旋轮部分参数同实际旋轮工作尺寸相同。模拟应用软件为ＡＮＳＹＳ软件。图 1 模拟网格模型2 碟形封头冷旋压成形的特点及模拟结果分析 碟形封头冷旋压加工时的主要难点是在折边部分的成形。旋压辊作用在板坯上并沿着成形辊的外轮廓轨迹进给 ,板坯开始翘起并产生皱折 ,变形区承受旋压辊作用的弯矩和拉力 ,当板坯成形到一定位置时 ,就要作相应的位置调整 ,以保证成形辊与板坯的贴合 ,达到实际成形的要求。数值模拟部分结果如图 2、3所示。图 2模拟了折边 (小ｒ部分 )成形初期板坯的变化 ,边缘已有些翘起 ,随着进给量的增加 ,翘起和起皱的态势也进一步增加。图 3模拟了折边成形末端的变形状态 ,从图 3的变形、应力、应变图中可以看出 ,封头翘起已经消失 ,只有略微的起皱 ,随着旋压辊的继续进给也会消失 ,这与实际加工情况相符。图 2 小 ｒ初始端图 3 封头末端3 旋压力的计算及分析模拟原始数据与实际试验数据相同。主要数据为 :材质 2 0钢 ,板料厚度 6ｍｍ ,板坯直径 95 0ｍｍ ,成形后封头直径为 80 0ｍｍ。旋压力的计算值如图 5所示。图中曲线平缓段为球冠成形的旋压力 ,其值变化不大。曲线陡然上升段为折边成形时的旋压力 ,变化很大 ,其原因主要有板坯翘起带来的受力面积增大 ,板坯变形程度的增加以及板坯加工硬化等因素的影响。对于板厚、材质以及进给比不同等因素使旋压力发生变化的情况在此不做分析。图 4 封头 6ｍｍ× 80 0ｍｍ(δｎ×Ｄｉ)折边部分旋压力4 结 论(1) 分析了碟形封头冷旋压成形的特点 ,建立了相应的数学模型并与实际成形状态相符 ,为进一步深入地研究打下了良好的基础。(2 ) 数值模拟结果较好地描述了碟形封头冷旋压变形区的应力应变的变化及规律 ,为更有效地进行旋压加工前的科学预测、工艺优化和进一步定量控制提供了可靠方法。(3) 计算了旋压力 ,分析了封头在旋制过程中影响旋压力变化的因素 ,为旋压前旋压力的选择等提供了依据。碟形封头冷旋压成形时的数值分析及旋压力计算@李文平$燕山大学!河北秦皇岛066004
@张涛$燕山大学!河北秦皇岛066004
@林刚$中国科学院沈阳金属研究所!辽宁沈阳110015碟形封头;;冷旋压;;有限元建立了碟形封头冷旋压的三维有限元数学模型 ,分析了封头在冷旋压成形过程中应力应变的分布规律 ,计算了旋压力并分析了其变化的原因 ,为更有效地进行旋压加工前的科学预测、工艺优化和进一步定量控制提供了可靠方法和依据<1> 日本塑性加工学会.旋压成形技术
.陈敬之译.北京:机械工业出版社,1993.
<2> 王勖成,邵敏.有限元法基本原理和数值方法.北京:清华大学出版社,1999.
<3> 张涛,林刚.容器碟形封头球冠部分变形时的三维有限元数值模拟.塑性工程学报,2001,8(3):39.
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