佛山兴迪源机械

【作 者】董建令;殷德健;张晓航

【引 言】

球型容器具有承载能力高 、省料的特 点 。 因此在核动力 、航 天 、海 洋工 程 、石 油 化 工 和 冶金 建 筑 行 业 得 到 了广 泛 的应 用 I。传统 的 球 型容器加工工艺采用压力机上模具 压型制造双 曲率的球瓣 ，或采用滚压机使板坯通过辊子形 成 的空 腔 成形 为球 瓣 ，然后 组 装 焊接 双 曲率 球 瓣 得 到 球 型容 器 ，这 需 要 大 型模 具 和 压力 机 。 由于一套模具仅 能用于一种规格球型容器的建 造 ，于 是 ，模 具 适 用 于 少 品 种 、大 批 量 生 产 的 特点与球型容器多 品种 、单 台小批量生产的特 性形 成 了很大 的矛 盾 ，从 而 导 致球 型 容 器 的 制 造周期长 、成本极 高。单曲率多面壳体液压胀 球工艺 的出现使无模胀球方法进入 了工业实用 阶段 I2l。不 过 胀 球 工 艺 也 需 要 对 成 形 后 的 减 薄 率 、不 圆度以及安 全性在加工前进行评定 。而 且这 些 参 数 也不 能 通 过 实 验 来 获得 。因 此 对 这 样的过程进行数值模拟就显得有很大的必要性。

大 型 有 限 元 程 序 是 重 要 的 CAD／CAE 工 具 ，在 产 品设 计 和 制 造 过 程 中发挥 着 越 来 越 显 著的作用。它不仅可 以减少设 计时 间，而且可以大 大 地 降 低 实验 费用 。在单 曲 率 多面 壳 体液 压胀 球 成 型 工艺 中 ，希 望 通 过有 限 元数 值 模拟 提 供 更 多 的 信 息 来 得 到 胀 形 过 程 中 的 危 险 区 域 ，并 以此 为 依 据 来 优 化 胀 球 工 艺 。 在 本 文 中 ，使 用 MSC／MARC模 拟 了不 同极 板 面积的模 型在 假 想 没 有 裂纹 缺 陷情 况 下 的胀 形 过 程 ，并 得 到 最 终 卸 载后 的 结 果 ，将 这 些 结 果 进 行 比 较 ，从而 提 出优化 的方 案 。

【结 论】

从 以上 的 分析 可 以看 出 ：小 尺 寸极 板 模 型 在 成 形 后 其 不 圆 度 要 明 显优 于 大 尺 寸极 板 模 型 ；小 尺寸 极 板模 型 在成 形 后 其 减薄 率 要 小 于 大尺 寸极板 模型 。 从 最 大 应 力应 变 的分 布 规 律 看 ，不 同模 型 的 危 险 区域 大 致相 同 ，主要 包 括 ：靠 近 赤 道 的 经 向焊缝 、T型焊 缝 附近 区域 、纬 向焊 缝 中间区 域 以 及 极点 附 近 区 域 ，在 胀 形 过 程 中这 些 区域 需要认 真观 察 。 因为得 到 的 危 险 区域 大 多都 分 布 在 焊接 缺 陷 容 易 发生 的区 域 ，而这 些 区域 焊 接 缺 陷 发生 可能 性 也是 最 大 的 ，因 此 有 必要 对 具 有 假 想焊 接 裂 纹 缺 陷 的模 型 进 行 断 裂 分析 ，进 一 步 考察 其 安全性 。 本 文 中模 拟 的都 是 小 尺 寸球 罐 的 胀 形 ，原 始 模 型 可 简 单地 通 过三 部分 (两 个极 板 和单 曲 率多 面壳 体带 )成 功 焊接 而成 ，而 实 际 中使用 的球罐 往 往都 超 过这 样 的尺 寸 ，仅 仅 通过 三 部 分 焊接 有 一 定 的 难度 ， 而且 如 果 单 曲率多 面 壳 体 尺寸 过 大 ，胀 形工 艺 的优 越 性 就 得 不到 很 好 的 体现。这 样 ，小 尺寸 极板 模 型 就 有 很多 不利 的 因 素。因此 在 具体 球 罐加 工 中 ，需 要对 极 板 尺 寸进行 比较 台理 的权衡 。

以下是正文：