【摘 要】
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本文针对三元催化器壳体的旋压过程存在开裂等缺陷问题,开展了三元催化器壳体双旋轮无芯热旋压成形的力学建模、旋压工艺参数选取与成形模拟和双旋轮无芯热旋压成形试验验证等内容的研究,其结果对实际中的旋压生产具有理论指导意义。先通过静态拉伸试验获得439不锈钢应力应变曲线,计算得到Johnson-Cook本构模型参数中的初始屈服强度、加工硬化模量和硬化指数,改变拉伸过程中的温度和速度,得到应变速率常数和热软
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本文针对三元催化器壳体的旋压过程存在开裂等缺陷问题,开展了三元催化器壳体双旋轮无芯热旋压成形的力学建模、旋压工艺参数选取与成形模拟和双旋轮无芯热旋压成形试验验证等内容的研究,其结果对实际中的旋压生产具有理论指导意义。先通过静态拉伸试验获得439不锈钢应力应变曲线,计算得到Johnson-Cook本构模型参数中的初始屈服强度、加工硬化模量和硬化指数,改变拉伸过程中的温度和速度,得到应变速率常数和热软化系数;对439不锈钢进行拉伸损伤模拟与试验进行校正,获得Johnson-Cook损伤参数的影响规律:随着损伤参数D1、D2增大,材料初始损伤和完全失效时最大等效破坏塑性应变值增大,损伤参数D3的变化规律与其相反,损伤参数D4和D5对材料的拉伸破坏无明显影响,校正后确定参数D1、D2、D3、D4、D5。进一步研究工件旋压时的受力情况,选取一个变形单元,先分析单元的受力关系,然后根据受力平衡方程推导出了旋轮压力计算公式。采用ABAQUS软件进行旋压模拟。基于旋压工艺的特点,建立三元催化器壳体和旋压设备的有限元简化模型,优化旋压成形工艺参数,单变量因素模拟试验获得旋压成形过程中不同参数对旋压应力、应变、壁厚的分布情况和参数取值范围,进一步通过正交模拟试验得到最佳参数组合为旋压温度1000℃、旋轮圆角5mm、旋轮转速40r/s、进给比1.2mm/r,成形直径为79.17mm,端口壁厚焊缝为1.496mm、母材1.44mm,成形圆度误差为e圆=0.065mm,影响收口圆度误差主次顺序为:进给比f>旋轮转速n M>旋压温度>旋轮圆角r。并进行双旋轮无芯热旋压成形的试验验证,试验结果为端口焊缝壁厚约为1.66mm、母材1.46mm、成形件直径约为78.2mm,圆度误差e圆为0.05mm,试验结果要优于数值模拟结果,母材厚度和成形直径误差分别为1.37%和1.24%。观察成形件组织变化,旋压收口成形后旋压处组织晶粒细化,变形量增大硬度也相应增大,成形件厚度方向的硬度规律:外层硬度>内层硬度>中层硬度,焊缝、母材的硬度差值,随旋压变形量的增大而减小。
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