大型封头件冲压成形工艺参数优化及模具磨损分析

摘要

大型封头作为容器装备的重要受力部件，广泛用于铁路、石油化工、压力容器、核工业和食品加工等行业，其质量对装备运行安全起着重要的作用。国内现行的主要工艺路线是将拼焊板坯料进行多次冲压成形制造，通过生产实践发现椭圆封头冲压成形工艺参数对封头成形质量起着至关重要的作用。大量的研究分析与实际使用数据表明，封头主要失效形式包括起皱鼓包，壁部减薄厚度变化不均匀、回弹变形严重。现有的针对椭圆封头冲压成形缺陷的研究，大多局限在从单因素方面单目标来分析预测，而封头起皱、减薄率不均匀以及回弹变形量大等缺陷之间存在着耦合关系，因此，本文针对某封头加工厂在生产某型号封头零件时出现的起皱、鼓包、厚度分布不均匀以及回弹变形严重的缺陷提出一种新型的优化成形工艺方案。以减少起皱及鼓包现象、增大厚度均匀度、减小回弹变形量为优化目标，并以凸凹模间隙、凹模圆角半径、拉延筋高度以及拉延筋相对位置为优化因素，采用Matlab与Design-expert软件相结合的方式进行响应面（RSM）拟合建模分析，得到三个目标量的二阶响应面模型，并验证了所建立的响应面模型的准确性，可用于后续优化。生产实践结果表明，当凸凹模间隙t=10.7mm、凹模圆角半径R=43.43mm、拉延筋高度H=43.12mm、拉延筋相对位置L=0.47时可以获得成形质量较好的产品。针对封头冲压模具在使用过程中发生的降低使用寿命的失效现象，本文通过将模具疲劳寿命预测与有限元模拟相结合，采用有限元模拟软件对冲压模具进行模具磨损失效研究，进而为模具的设计以及提高使用寿命提供有效的理论指导，对实际的生产具有一定的指导作用。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 引言

1.2 封头成形国内外研究现状

1.3 模具磨损国内外研究现状

1.4 塑性成形与模具设计数值模拟分析技术

1.5 课题研究意义

1.6 课题主要研究内容

2 成形封头件材料性能及有限元理论分析

2.1 材料性能研究

2.2 封头冲压成形有限元理论分析

3 基于响应面的封头冲压成形工艺多目标优化

3.1 冲压工艺的选择

3.2 封头拉深成形有限元模型建立

3.3 基于响应面方法优化

3.4 试验方案优化与验证

3.5 本章小结

4 封头成形模具失效研究

4.1 模具失效分析基本理论基础

4.2 模具磨损有限元模型建立

4.3 封头拉延模具磨损分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 论文中所编写的一些用于计算的程序

B.攻读学位期间发表的论文