论文部分内容阅读
高压气瓶是高压气体的主要盛装容器,广泛应用于电力、石油化工、轻工、纺织、冶金、机械、交通、采矿、医药等行业部门及日常生活中。由于高压气瓶工作时承受较高的压力载荷、接触腐蚀性介质,并且常应用于高温或深冷等极端工作条件下,因此是一种比较容易发生事故的特种设备。随着我国汽车保有量的不断增加,天然气汽车的推广不仅符合我国的经济发展战略,还可有效缓解能源短缺和大气污染。车载压缩天然气气瓶(Compressed Natural Gas,简称CNG气瓶)是CNG汽车的关键零部件之一,其安全性能一直受到国家和市场的重视。高压气瓶按制造工艺可分为两类:拉拔瓶和管制瓶。由于管制瓶瓶底的收底质量问题使其推广和应用受到了限制。而以钢坯为原材料的拉拔瓶,由于产品安全性能高、密封性能好、容重比高等优点越来越受到市场欢迎。目前,在欧美等先进国家拉拔瓶的使用越来越广泛。本文以圈模、辊模拉拔为基本研究对象,将圈模和辊模拉拔技术同时应用于CNG气瓶拉拔成形领域,用于解决CNG气瓶拉拔生产过程中的实际问题。论文以气瓶用34CrMo4合金钢为研究对象,通过材料拉伸实验、压缩实验得到了34CrMo4合金钢的动态回复型本构关系方程。针对CNG气瓶圈模、辊轮模拉拔进行了系统的理论分析,给出了圈模、辊轮模拉拔力理论计算公式。通过对圈模拉拔力分析,给出了拉拔力最小的最佳入模角取值范围,并通过有限元数值模拟验证了这一结论。利用有限元软件,对圈模拉拔和辊模拉拔进行数值模拟分析,得到了圈模拉拔力和辊模拉拔力随拉拔比、入模角、圆角半径、摩擦系数等工艺参数的变化规律。通过有限元模拟,研究了摩擦系数对辊轮模拉拔力的影响,发现轴承摩擦系数对轴向拉拔力和径向压制力影响较大,轴向拉拔力随摩擦系数的增大而增大,而辊轮径向压制力随摩擦系数的增大而减小。论文针对辊模拉拔进行了力学理论研究,得到了拉拔等速点公式和拉拔力的理论关系式。通过有限元数值模拟得到了拉拔力随拉拔比、瓶坯厚径比、摩擦系数等参数的变化规律。在相同拉拔比下,两道拉拔辊同时通过瓶坯时的拉拔力大于单道拉拔辊的拉拔力。对圈模拉拔和辊模拉拔的各工艺参数进行比较,得到在相同拉拔比条件下,辊模拉拔力低于圈模拉拔力,单道拉拔圈拉拔力小于两道拉拔圈的拉拔力,单道拉拔辊拉拔力小于两道拉拔辊的拉拔力。将辊模拉拔技术引入CNG气瓶制造技术,进行合理配模,设计了气瓶拉拔模具,并设计了专用拉拔设备及其生产线。本文研究结果为CNG气瓶的拉拔工艺配模设计和拉拔模具的设计提供了理论依据,对CNG气瓶拉拔生产具有重要理论意义和应用推广价值。