模型分享004——不銹鋼封頭拉伸成型工藝仿真分析

聽，你聽到了嗎

2021年5月13日 13:52

瀏覽：3060 評論：1 收藏：7

背景

橢圓形封頭通常作為壓力容器的兩側(cè)密封結(jié)構(gòu)，是一個承受高溫、高壓、高放射性、高輻射的高壓容器。出于安全方面的考慮，對此類封頭部件的制造和質(zhì)量要求都非常嚴(yán)格。在大型封頭的熱成形工藝中，帶直壁的橢圓封頭常采用熱拉伸工藝成形，因而掌握金屬變形過程，預(yù)測成型質(zhì)量和降低成型缺陷是實現(xiàn)該部件制造工藝中的關(guān)鍵技術(shù)。采用有限元模擬方法，其中沖頭、壓邊圈、配料和凹模四部分是仿真的最基本結(jié)構(gòu)件，在大型厚壁橢圓形封頭拉伸成型過程中，從壓邊力、載荷、配料溫度以及摩擦力（摩擦系數(shù)）等角度對成型質(zhì)量進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，分析了拉伸過程中板坯的變形特點，為預(yù)測成型缺陷以及內(nèi)皺曲現(xiàn)象提供了理論指導(dǎo)，最終為封頭的成型提供了參數(shù)優(yōu)化。

建模

工藝參數(shù)表

壓邊力（N）	500000	750000	1000000	1250000	1500000
載荷（mm/s）	25000	30000	35000	40000	45000
溫度	400	600	800	1000	1200
摩擦力（摩擦系數(shù)）	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25

20組參數(shù)組合：（注意載荷與分析步時間之間的關(guān)系，分析步時間等于）

建立幾何模型

如圖1所示為使用ABAQUS仿真軟件建立的凸模、凹模、壓邊圈和工件的三維幾何模型，模型尺寸就是你圖中的尺寸，工件的直徑為110mm厚度5mm。

圖1

材料本構(gòu)方程（材料屬性）

建立鋼的本構(gòu)方程，對工件材料的基本性能進(jìn)行描述，并且需要準(zhǔn)確的反映出拉伸成型過程中受到的溫度和應(yīng)變情況，利用Johnson-Cook模型建立本構(gòu)方程。此外JC模型還可以減少仿真計算量，加快計算速度外。

材料主要參數(shù)如下，此外其余參數(shù)在CAE文件中可以找到。

裝配

裝配后通過對各部件的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，來實現(xiàn)各部件的裝配。

圖3

分析步

分析步設(shè)置中，設(shè)置類型為位移溫度耦合仿真分析，并設(shè)置分析時間為0.002s，在場輸出里面點擊STATUS，在歷史輸出里面設(shè)置輸出力和位移，如圖4所示。

圖4

接觸屬性設(shè)置（摩擦系數(shù)）

將各部件裝配后定義之間的接觸屬性，分別為 “罰”接觸和“硬”接觸，各部件之間的接觸設(shè)置為通用接觸，其中凸模、凹模以及壓邊圈設(shè)置為剛體，設(shè)置方式如圖5所示。

圖5

載荷（壓邊力、速度載荷、溫度）

設(shè)置壓邊力、速度載荷以及溫度在此步驟，具體的設(shè)置如下圖所示，你可以在此步驟進(jìn)行更改，如圖6所示。

網(wǎng)格劃分

最后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為了加快仿真收斂速度，采用局部細(xì)化方式對壓邊圈和凹模進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在基體部分進(jìn)行稀疏網(wǎng)格處理，在內(nèi)部倒角區(qū)域網(wǎng)格密化處理，此時網(wǎng)格尺寸為1mm。并且對壓邊圈和凹模進(jìn)行布種后設(shè)置網(wǎng)格類型為四邊形單元，并設(shè)置所有單元的單元類型為顯示的溫度位移耦合分析，如圖7所示。