蓄能器壳体热旋压理论及工艺研究

作     者：于洋滨 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑清春;朱培浩

授予年度：2019年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：蓄能器 热旋压 数值模拟 响应面 多目标优化 

摘      要：蓄能器作为液压系统的重要辅助部件,其作用是在适当的时间将系统中的能量转换为压缩能或势能储存起来,并在系统需要时补充供应系统。当系统压力瞬间增大时,蓄能器可以将这部分的能量吸收,以确保整个液压系统压力在正常的范围内。在压力冲击与压力脉动的非平衡惯性载荷等激励作用下,可能严重地破坏蓄能器壳体结构、缩减蓄能器寿命。因此,蓄能器壳体的加工质量是蓄能器产品研发的出发点与目标。目前,热旋压加工工艺广泛应用于蓄能器壳体制造行业中,但热旋压工艺能耗高、生产效率低等问题严重制约蓄能器壳体热旋压的发展。究其原因,是由于缺少有效的蓄能器壳体热旋压理论及工艺优化。为了应对蓄能器壳体加工工艺节能化、高效化的发展需求,及由此对热旋压加工工艺提出的挑战,本文研究蓄能器壳体热旋压理论及热旋压加工工艺。论文主要研究内容和成果如下:1、通过静态压缩实验获得34CrMo4准静态下的硬化指数、硬化参数和初始屈服强度,通过不同应变率,不同温度下霍普金森压杆实验得到热软化参数和应变率强化参数。最终建立34CrMo4合金钢Johnson-Cook本构模型;对旋压成形理论进行研究,分析不同区域受力情况及应力应变分布情况并取单元体进行受力分析得到旋压力计算公式;通过研究蓄能器壳体旋压成形摩擦机理,进而确定旋压成形期间蓄能器壳体的摩擦模型。2、依据34CrMo4合金钢本构模型及工厂提供的热旋压工艺参数,建立蓄能器壳体热旋压收口仿真模型。基于该仿真模型研究旋压温度、主轴转速、摩擦系数对成形的影响。进而得到单一变量下旋压温度、主轴转数、摩擦系数的最佳参数。3、在有限元仿真结果的基础上,通过中心复合试验选取合适的热旋压工艺参数区间,根据获取的最大Mises应力、厚度增量,建立反映热旋压工艺参数输入与最大Mises应力、厚度增量输出关系的二次多项式响应面模型。4、以小应力和低厚度增量为目标,建立蓄能器壳体热旋压工艺多目标优化模型;求解该多目标优化模型,获得Pareto优化解。Pareto优化解可提供多种可行性方案,将最优解工艺参数应用于某企业进行实验,所得结果与分析结果一致性较好。且在不影响质量的情况下,消耗更少的能源,生产效率更高。本文研究的蓄能器壳体热旋压理论及加工工艺,通过有限元、试验设计等方法求解具有预期塑性加工性能的蓄能器壳体,从而实现蓄能器壳体热旋压加工工艺的科学化与低能耗化,为蓄能器壳体的实际生产做出预测性的指导。