CN111299970A - 一种深拉成型简单压力容器深拉工艺 - Google Patents

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苏文献
冯潇
刘志阔
徐璐雯
李波
李泽秋
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/22—Deep-drawing with devices for holding the edge of the blanks

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Abstract

本发明提出一种深拉成型简单压力容器深拉工艺，本发明的深拉成型简单压力容器深拉工艺采用了直接将深拉成型后带直边段的封头直接进行对接环焊，突破了一般简单压力容器将上下两个封头和筒体进行环焊的步骤，将两道环焊缝缩减至一道环焊缝，降低了焊接损坏的概率。同时，容器不存在由于卷板成型且有纵向焊缝的筒节，安全性能大大提高，提高了生产效率，降低了生产成本。由于采用了有限元技术优化工艺设计，对工艺参数进行优化，使得工艺更佳的精准，避免残次品的产生，使得单个产品的设计周期下降，减少了设备的调试时间，提高了深拉成型的质量。

Description

一种深拉成型简单压力容器深拉工艺
技术领域
本发明涉及压力容器制备技术领域，尤其涉及一种深拉成型简单压力容器深拉工艺。
背景技术
简单压力容器通常是批量生产的压力容器。TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》和NB/T47052-2016《简单压力容器》都规定了设计方法分为计算方法和试验方法。计算方法是：容器受压元件的壁厚按照GB150.3相应章节规则设计的方法；试验方法是：容器的筒体、凸形封头、平盖等主要受压元件保证强度要求的壁厚采用容器实物样品进行爆破试验来确定的方法。目前，国内简单压力容器的设计都是大多采用计算方法。
本发明涉及到一种简单压力容器的加工制造工艺，一般过程是，先通过深拉成型直边段较大的封头，然后采用环焊缝对接而成。封头的深拉采用冲压成形工艺，用模具在冲压设备上一次深拉较大直边段的封头，目前，应用深拉技术是实现简单压力容器产品的设计制造轻型化、降低成本，增强企业竞争能力一个好办法。现有的深拉设计方法一般是根据经典的材料力学理论，结合经验，并且变形多次加工试验，寻找到最佳的参数组合进行设计。显然这样的设计方法无法得到真正的最优解，并且其设计过程繁杂。事实上，深拉工艺参数的设计是一个复杂设计问题。影响深拉效果的设计参数种类繁多。如何综合考虑设计目标和设计效率，得到我们要求的深拉件是在实际应用中必须解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种提高深拉成型质量，降低生产成本，提高生产效率的深拉成型简单压力容器深拉工艺。
为达到上述目的，本发明提出一种深拉成型简单压力容器深拉工艺，包括以下步骤：
步骤1：通过计算机软件建立优化设计方法对深拉工艺参数进行优化；
步骤2：裁剪毛坯；
步骤3：将所述毛坯置于液压机上进行深拉，成型封头；
步骤4：切除封头的多余部分；
步骤5：将两个封头的直边段对接，进行环焊；
步骤6：对焊接后的所述封头进行检测；
步骤7：刷漆入库。
优选的，在步骤1中，包括以下步骤：
步骤1.1：确定深拉设计参数的初始值；
步骤1.2：建立冲头、压边圈、凹模和毛坯的三维几何模型；
步骤1.3：确定深拉工艺优化的目标函数；
步骤1.4：设定设计参数和状态变量的变量范围；
步骤1.5：使用有限元分析软件，画好网格后设置约束和载荷，进行结构优化分析；
步骤1.6：判断目标函数是否满足条件，若不满足则修改设计变量重新进行优化分析；
步骤1.7：判断是否满足约束条件，若不满足则修改设计变量重新进行优化分析；
步骤1.8：直至目标函数收敛并且满足约束条件，得到最优深拉工艺参数。
优选的，在步骤1中，所述深拉工艺参数包括凹模圆角半径、深拉模之间的间隙和压边力。
通过所述计算机软件建立所述深拉成型简单压力容器工艺的数学优化模型为：
Figure BDA0002337645530000031
式中，β为凹模的圆角半径，c为深拉模间的间隙，F为压边力的数值，A为允许变薄的最小厚度，B为毛坯的厚度，S为冲压后封头最薄处厚度，z为直边段长度。
优选的，在步骤2中，将所述毛坯剪裁为圆形板。
优选的，在步骤3中，将所述毛坯放置在凹模和压边圈中间，毛坯的侧沿被所述凹模和所述压边圈压紧；冲头向下运动，毛坯逐渐被拉进凹、凸模之间的间隙中形成直壁，而处于凹模下面的材料成为了深拉件的底，当冲头运行到设定的深拉深度时，深拉结束，成型为封头。
优选的，在步骤4中，所述多余部分包括所述封头的凸缘和部分直边段。
优选的，在步骤6中，所述检测包括焊接无损检测和耐压检测与现有技术相比，本发明的优势之处在于：本发明的深拉成型简单压力容器深拉工艺采用了直接将深拉成型后带直边段的封头直接进行对接环焊，突破了一般简单压力容器将上下两个封头和筒体进行环焊的步骤，将两道环焊缝缩减至一道环焊缝，降低了焊接损坏的概率。同时，容器不存在由于卷板成型且有纵向焊缝的筒节，安全性能大大提高，提高了生产效率，降低了生产成本。
由于采用了有限元技术优化工艺设计，对工艺参数进行优化，使得工艺更佳的精准，避免残次品的产生，使得单个产品的设计周期下降，减少了设备的调试时间，提高了深拉成型的质量。
附图说明
图1是深拉成型简单压力容器深拉工艺步骤流程图；
图2是深拉过程示意图；
图3是优化设计方法的步骤流程示意图；
图4是深拉成型的封头进行对接焊示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。
如图1所示，本发明提出一种深拉成型简单压力容器深拉工艺，包括以下步骤：
步骤1：通过计算机软件建立优化设计方法对深拉工艺参数进行优化；
其中，优化设计方法的步骤流程图如图3所示，包括：
步骤1.1：确定深拉设计参数的初始值；
步骤1.2：建立冲头1、压边圈3、凹模4和毛坯2的三维几何模型；
步骤1.3：确定深拉工艺优化的目标函数；
步骤1.4：设定设计参数和状态变量的变量范围；
步骤1.5：使用有限元分析软件，画好网格后设置约束和载荷，进行结构优化分析；
步骤1.6：判断目标函数是否满足条件，若不满足则修改设计变量重新进行优化分析；
步骤1.7：判断是否满足约束条件，若不满足则修改设计变量重新进行优化分析；
步骤1.8：直至目标函数收敛并且满足约束条件，得到最优深拉工艺参数。
步骤2：裁剪毛坯2，将毛坯2剪裁为圆形板。
步骤3：将毛坯2置于液压机上进行深拉，成型封头5；
如图2所示，将毛坯2放置在凹模4和压边圈3中间，毛坯2的侧沿被凹模4和压边圈3压紧；冲头1向下运动，毛坯2逐渐被拉进凹、凸模之间的间隙中形成直壁，而处于凹模4下面的材料成为了深拉件的底，当冲头1运行到设定的深拉深度时，深拉结束，成型为封头5。
步骤4：如图4所示，切除封头5的多余部分；多余部分包括封头5的凸缘和部分直边段。
步骤5：如图4所示，将两个封头5的直边段对接，进行环焊；
步骤6：对焊接后的封头5进行检测，包括焊接无损检测和耐压检测；
步骤7：刷漆入库。
下面将通过具体实施数据的结合对本发明的工艺做出进一步的解释说明：
步骤一、优化深拉成型的工艺参数，使凹模4的圆角半径40mm，深拉模间的间隙4.4mm,压边力的数值为1300KN，允许变薄的最小厚度3mm，毛坯2的厚度4mm。
优化深拉工艺参数，具体包括下面的子步骤：在Abaqus软件中的CAE模块建模；选择材料的类型；设置接触属性；设定载荷；画网格；分析计算；优化得到最佳的冲压参数；
步骤二、对钢板进行裁剪，得到直径为1365mm的圆形毛坯2；
步骤三、参考步骤一得到的冲压工艺参数，设置相关参数，将毛坯2防止在液压冲压机上进行深拉；
步骤四、将深拉成型后的封头5进行切割，去除凸缘和部分直边段；
步骤五、将两个封头5进行对接，进行环焊；
步骤六、其他部件如接管和支座的焊接；
步骤七、焊缝无损检测；
步骤八、耐压试验；
步骤九、刷漆入库。
通过检测仪器进行强度分析，按照上述方法制造的简单压力容器，符合规范标准要求，为合格产品。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种深拉成型简单压力容器深拉工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过计算机软件建立优化设计方法对深拉工艺参数进行优化；
步骤2：裁剪毛坯；
步骤3：将所述毛坯置于液压机上进行深拉，成型封头；
步骤4：切除封头的多余部分；
步骤5：将两个封头的直边段对接，进行环焊；
步骤6：对焊接后的所述封头进行检测；
步骤7：刷漆入库。
2.根据权利要求1所述的深拉成型简单压力容器深拉工艺，其特征在于，在步骤1中，包括以下步骤：
步骤1.1：确定深拉设计参数的初始值；
步骤1.2：建立冲头、压边圈、凹模和毛坯的三维几何模型；
步骤1.3：确定深拉工艺优化的目标函数；
步骤1.4：设定设计参数和状态变量的变量范围；
步骤1.5：使用有限元分析软件，画好网格后设置约束和载荷，进行结构优化分析；
步骤1.6：判断目标函数是否满足条件，若不满足则修改设计变量重新进行优化分析；
步骤1.7：判断是否满足约束条件，若不满足则修改设计变量重新进行优化分析；
步骤1.8：直至目标函数收敛并且满足约束条件，得到最优深拉工艺参数。
3.根据权利要求1所述的深拉成型简单压力容器深拉工艺，其特征在于，在步骤1中，所述深拉工艺参数包括凹模圆角半径、深拉模之间的间隙和压边力；
通过所述计算机软件建立所述深拉成型简单压力容器工艺的数学优化模型为：
Figure FDA0002337645520000021
式中，β为凹模的圆角半径，c为深拉模间的间隙，F为压边力的数值，A为允许变薄的最小厚度，B为毛坯的厚度，S为冲压后封头最薄处厚度，z为直边段长度。
4.根据权利要求1所述的深拉成型简单压力容器深拉工艺，其特征在于，在步骤2中，将所述毛坯剪裁为圆形板。
5.根据权利要求1所述的深拉成型简单压力容器深拉工艺，其特征在于，在步骤3中，将所述毛坯放置在凹模和压边圈中间，毛坯的侧沿被所述凹模和所述压边圈压紧；冲头向下运动，毛坯逐渐被拉进凹、凸模之间的间隙中形成直壁，而处于凹模下面的材料成为了深拉件的底，当冲头运行到设定的深拉深度时，深拉结束，成型为封头。
6.根据权利要求1所述的深拉成型简单压力容器深拉工艺，其特征在于，在步骤4中，所述多余部分包括所述封头的凸缘和部分直边段。
7.根据权利要求1所述的深拉成型简单压力容器深拉工艺，其特征在于，在步骤6中，所述检测包括焊接无损检测和耐压检测。
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