基于有限元模拟的34CrMo4钢筒形件热收口旋压方法技术

基于有限元模拟的34CrMo4钢筒形件热收口旋压方法，属于金属塑性成形技术领域。它包括以下步骤：1、建立旋压三维模型；2、建立本构模型，将本构方程输入到有限元软件中，输入材料参数，并对三维模型进行接触设置；3、得到弧线状旋压轨迹，将其添加到旋轮的运动轨迹中；在管坯上添加边界条件，使用质量缩放，并对管坯进行网格划分；4、将旋压三维模型进行有限元模拟，得到最终的旋压模拟结果。本明通过进行有限元模拟，采用旋轮公转模型，使用质量缩放技术节约大量模拟时间；通过分道次弧线状旋压轨迹进行筒形件的热收口旋压模拟，能够减缓材料的流动，进而使旋压收口段的厚度能够分布更为均匀，能够提高气瓶封头收口旋压件的成型质量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
基于有限元模拟的34CrMo4钢筒形件热收口旋压方法


[0001]本专利技术属于金属塑性成形
，具体涉及基于有限元模拟的34CrMo4钢筒形件热收口旋压方法。

技术介绍

[0002]34CrMo4钢高温下具有高的持久强度和蠕变强度，低温冲击韧度较好，淬透性良好，无过热倾向，淬火变形小，冷边形时塑性尚可，用作在高负荷下工作的重要结构件，广泛运用于航空航天、军工、汽车等领域。
[0003]旋压成形是一种综合了传统金属压力加工工艺特点的连续局部成形方式，它具有材料利用率高，加工成本低的特点。高压气瓶封头旋压收口的过程表现在径向方向的压缩，使得管坯的直径连续变小，收口部位成型效果较差，起皱较为严重，而且收口自由端容易发生失稳。
[0004]目前的研究表明导致收口旋压成型质量不同的一个重要的因素就是旋轮的运动轨迹，因为不同的旋压轨迹导致的应力不同。且旋压模拟还属于无芯模旋压，该加工方式由于没有芯模支撑，会造成收口部位壁厚分布不够均匀，容易造成应力集中和失稳现象，导致旋压缺陷。
[0005]传统的验证旋压方法是通过大量的毛坯旋压试验，发现有旋压缺陷时，会对工艺反复修改，进行反复试验，这样不仅会消耗大量的人力、物力和财力，还会导致得到合格产品的工期无限拉长。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于有限元模拟的34CrMo4钢筒形件热收口旋压方法，通过模拟结果分析旋压质量，调整旋压工艺参数，保证旋压成型件的可靠性和稳定性。
[0007]本专利技术提供如下技术方案：
[0008]基于有限元模拟的34CrMo4钢筒形件热收口旋压方法，包括以下步骤：
[0009]S1、根据34CrMo4钢筒形件热收口旋压过程，简化有限元模型，建立旋轮、夹具、待加工管坯的旋压三维模型；
[0010]S2、通过热压缩试验建立34CrMo4钢本构模型，将模型中的本构方程输入到有限元软件中，输入34CrMo4钢材料参数，并对三维模型进行接触设置；所述接触设置采用旋轮公转模型；
[0011]S3、根据最终旋压成型件外部轮廓线确定得到弧线状旋压轨迹，将得到的弧线状旋压轨迹添加到旋轮的运动轨迹中；同时在管坯上添加边界条件，使用质量缩放，并对管坯进行网格划分；
[0012]S4、将旋压三维模型进行多道次弧线状旋压轨迹的热收口旋压有限元模拟，最后一道次旋压结束后，得到最终的旋压模拟结果。
[0013]进一步的，旋压三维模型中，夹具和旋轮设置为刚体，管坯设置为可变形实体。
[0014]进一步的，所述本构模型中，本构方程的表达式如下：
[0015][0016]其中A为初始屈服强度，B为硬化参数，n为硬化指数，m为热软化参数，T
melt
为融化温度，T0为参考温度；ε
P
为等效塑性应变，为等效塑性应变率；为材料的参考应变率；T为温度。
[0017]进一步的，所述质量缩放为调整部分元素的密度，由此放大时间增量，以提高计算效率；其用于Dynamic Explicit问题。
[0018]进一步的，所述弧线状旋压轨迹的获得过程如下：
[0019]根据初始的管坯直径和最终的收口直径，运用Origin软件绘制成型件的封头外部轮廓线，在这条曲线上取若干点，并输入到有限元软件中，作为旋轮的旋压轨迹。
[0020]进一步的，所述边界条件包括温度场，所述温度场是根据实际的旋压温度在管坯上添加，温度场的划分网格均为动力学网格；所述动力学网格采用六面体单元进行划。
[0021]进一步的，所述旋压有限元模拟中的旋压过程包括多个道次，每个道次旋轮均包括轴向的进给及径向的进给，旋轮沿着弧线方向进行收口旋压，最后一个道次完成后，得到最终的旋压成型件。
[0022]进一步的，多道次旋压中每个道次的进给量是通过有限元软件中的幅值曲线进行定义。
[0023]进一步的，所述多道次旋压模拟中，每一道次完成进入下一道次时，需要将上一道次的模拟结果添加到下一道次的管坯模型上。
[0024]通过采用上述技术，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0025]本专利技术通过进行有限元模拟，提出采用旋轮公转模型代替传统夹具带动管坯自转模型，使用质量缩放技术节约大量模拟时间；通过分道次弧线状旋压轨迹进行34CrMo4钢筒形件的热收口旋压模拟，能够减缓材料的流动，进而使旋压收口段的厚度能够分布更为均匀，能够提高气瓶封头收口旋压件的成型质量；本专利技术中通过有限元模拟方法进行热旋压工艺的分析，相比于传统旋压试验，可以节约时间、人力和财力。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实例中多道次的筒形件热收口旋压路径示意图，其中O1表示第一道次旋压瓶口、O2表示第二道次旋压瓶口、O3表示第三道次旋压瓶口；
[0027]图2为本专利技术实例中多道次34CrMo4钢筒形件热收口旋压旋轮自转模型示意图；
[0028]图3为本专利技术实例中多道次34CrMo4钢筒形件热收口旋压第一道次有限元模拟结果图；
[0029]图4为本专利技术实例中多道次34CrMo4钢筒形件热收口旋压第二道次有限元模拟结果图；
[0030]图5为本专利技术实例中多道次34CrMo4钢筒形件热收口旋压第三道次有限元模拟结果图。
具体实施方式
[0031]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0032]相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。
[0033]请参阅图1～5，本实例提供的基于有限元模拟的34CrMo4钢筒形件热收口旋压的方法，其包括以下步骤：
[0034]步骤1：根据实际34CrMo4钢筒形件热收口旋压收口过程，合理简化有限元模型后，建立旋轮、夹具、待加工管坯的三维模型；图2为多道次热收口旋压三维模型装配图；
[0035]本步骤中，由于管坯进行旋压时被高温加热，此时旋轮和夹具的刚度远大于管坯，所以三维模型中旋轮和夹具设置为刚体，管坯设置为可变形实体；
[0036]步骤2：将通过热压缩试验建立的34CrMo4的本构模型输入到有限元模型中，并添加相关的材料属性，然后将材料属性Tube blank赋予给管坯几何体上；
[0037]本步骤中，34CrMo4的本构模型的本构方程表达式为：
[0038][0039]其中A为初始屈服强度，B为硬化参数，n为硬化指数，m为热软化参数，T
melt
为融化温度，T0为参考温度；ε
P
为等效塑性应变，为等效塑性应变率；为材料的参考应变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于有限元模拟的34CrMo4钢筒形件热收口旋压方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据34CrMo4钢筒形件热收口旋压过程，简化有限元模型，建立旋轮、夹具、待加工管坯的旋压三维模型；S2、通过热压缩试验建立34CrMo4钢本构模型，将模型中的本构方程输入到有限元软件中，输入34CrMo4钢材料参数，并对三维模型进行接触设置；所述接触设置采用旋轮公转模型；S3、根据最终旋压成型件外部轮廓线确定得到弧线状旋压轨迹，将得到的弧线状旋压轨迹添加到旋轮的运动轨迹中；同时在管坯上添加边界条件，使用质量缩放，并对管坯进行网格划分；S4、将旋压三维模型进行多道次弧线状旋压轨迹的热收口旋压有限元模拟，最后一道次旋压结束后，得到最终的旋压模拟结果。2.根据权利要求1所述的基于有限元模拟的34CrMo4钢筒形件热收口旋压方法，其特征在于所述旋压三维模型中，夹具和旋轮设置为刚体，管坯设置为可变形实体。3.根据权利要求2所述的基于有限元模拟的34CrMo4钢筒形件热收口旋压方法，其特征在于所述本构模型中，本构方程的表达式如下：其中A为初始屈服强度，B为硬化参数，n为硬化指数，m为热软化参数，T
melt
为融化温度，T0为参考温度；ε
P
为等效塑性应变，为等效塑性应变率；为材料的参考应变率；T为温度。4.根据权利要求1所述的基于有限元模拟的34CrMo4钢筒形件热收口旋压方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曰兵，汪志欣，曹文红，马夏康，赵士新，徐昆仑，
申请(专利权)人：浙江蓝能燃气设备有限公司，
类型：发明
国别省市：