钛气瓶成形中旋压技术的应用及分析

摘要

气瓶是指不同压力、不同容积、不同结构形式和不同材料用以贮运气体的压力容器，具有永久性、耐压性、可重复性、易移动性的特点，广泛的应用于航天航空、家庭生活、交通运输、加工制造、海洋作业、军队作战等情况下气体的储存和运输，可适用于永久气体、液化气体和溶解气体。但由于材料和设备的限制，耐高压耐腐蚀、大尺寸或小尺寸的气瓶依旧是行业旨在突破的重点。 本文提出的钛气瓶的制作方案与实验，都是以耐高压耐腐蚀的中小气瓶为目的，涉及了钛气瓶的成形方案及工艺路线，并验证其可行性，对钛的强力旋压和钛气瓶的收口等技术进行重点模拟和实验分析。相对于目前钛气瓶的制作工艺路线，挤压和旋压成形提高了气瓶的性能，同时提高生产效率，减少生产成本。本文的研究对钛气瓶生产线、钛旋压工艺设备研制和钛合金旋压研究有良好的实验、实践价值。 本文从大量文献资料和生产实践经验的分析整合中，提取出一条适合钛气瓶的制作方案和工艺路线，将钛锭经过锻造、挤压、旋压、收口制造成钛气瓶。作为《钛及钛合金气瓶旋压成形研究》的前期预研或理论研究准备工作的一部分，主要从已有相关成果、经验及理论上论证其可行性，并做了从力学和运动学等方面对钛气瓶强力旋压、气瓶收口的塑性变形机理进行理论分析，完成强旋中各旋压力的关系表达式、气瓶收口时两成形旋轮的相互力学关系等必要的理论研究准备工作。 本文还介绍了强力旋压和旋压收口成形技术的有限元仿真方法。使用三维造型软件对相应旋压设备进行三维造型，用网格划分器进行实体处理与网格划分，运用塑性成形分析软件DEFORM对旋压过程数值模拟分析，得到工件的应力云图、应变云图、金属流动速度图和旋轮的载荷图，并据此分析了旋压状态，所得到的应力应变、旋压力和速度分布与理论分析作比较，得出相应的实验可用数据。最后，通过工艺试验，验证了数值模拟的中的可行性数据，实际效果符合理论研究。在实验成形件中对成功件与缺陷件、普通成形件进行材料分析对比，得出旋压技术应用的可行性与经济性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 涉及技术简介

1．2．1 气瓶简介

1．2．2 钛及钛合金塑性成形技术简介

1．2．3 旋压技术简介

1．3 钛气瓶成形中旋压技术发展和应用状况

1．3．1 钛气瓶国内外研究现状

1．3．2 钛气瓶塑性成形技术国内外现状

1．4 本课题来源及研究内容及意义

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究内容及意义

1．5 本章小结

第二章 钛气瓶成形新方案与工艺路线

2．1 引言

2．2 钛气瓶成形的新方案

2．3 钛气瓶成形工艺路线研究

2．3．1 高压气瓶成型工艺路线

2．3．2 工艺路线中成形方式改进

2．3．3 钛气瓶成形工艺路线

2．4 钛气瓶成形新方案与工艺路线的可行性分析

2．5 气瓶工艺路线中的缺陷分析

2．5．1 气瓶成形的主要缺陷

2．5．2 气瓶缺陷的危害

2．5．3 气瓶缺陷的预测

2．6 本章小结

第三章 钛气瓶成形中旋压技术理论分析

3．1 引言

3．2 金属塑性变形的力学基础

3．2．1 塑性力学的基本试验和基本假设

3．2．2 两个常用的屈服准则

3．2．3 本构关系

3．3 强力旋压

3．3．1 强力旋压塑性流动

3．3．2 强力旋压旋压分力

3．3．3 强力旋压应力应变分析

3．3．4 强力旋压的轴向变形

3．4 缩口旋压

3．4．1 缩口旋压塑性流动

3．4．2 缩口旋压旋压力

3．4．3 缩口旋压应力应变分析

3．5 缩口旋压新方案

3．6 本章小结

第四章 钛气瓶成形中旋压技术的仿真分析

4．1 引言

4．2 模拟软件的介绍

4．2．1 DEFORM简介

4．2．2 DEFORM模拟关键技术

4．2．3 旋压成形过程的有限元数值模拟的功能和作用

4．3 有限元仿真前处理

4．3．1 材料的模拟构建

4．3．2 三旋轮减薄旋压

4．3．3 双摩擦工具缩口旋压

4．4 仿真结果分析

4．4．1 三旋轮减薄旋压

4．4．2 单旋轮缩口旋压

4．4．3 双摩擦工具缩口旋压

4．5 本章小结

第五章 钛气瓶成形中旋压技术试验研究

5．1 概述

5．2 实验毛坯

5．3 实验机床与工装设备

5．3．1 强旋实验机床及工艺装备

5．3．2 收口实验机床及工艺装备

5．4 旋压成形的工艺参数

5．4．1 温度控制

5．4．2 背吃刀量

5．4．3 主轴转速

5．4．4 进给速度

5．4．5 旋轮成形角度

5．5 试验和结果分析

5．5．1 试验过程

5．5．2 实验结果

5．5．3 实验分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究工作总结与主要创新点

6．1．1 研究工作总结

6．1．2 研究主要创新点

6．2 研究展望

参考文献

致谢

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