一種確定奧氏體不銹鋼封頭溫沖壓加熱溫度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及封頭沖壓制造領(lǐng)域，具體涉及一種確定奧氏體不銹鋼封頭溫沖壓加熱溫度的方法，是一種考慮了奧氏體不銹鋼制封頭溫沖壓過(guò)程中封頭直邊段溫度下降(以下簡(jiǎn)稱溫降)的確定溫沖壓加熱溫度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]奧氏體不銹鋼因其具有良好的耐腐蝕性、塑性、韌性，被廣泛應(yīng)用于壓力容器、鍋爐、核電設(shè)備的制造。以壓力容器為例，在新能源、醫(yī)藥、食品加工等領(lǐng)域該類設(shè)備都有大量的應(yīng)用，例如新能源領(lǐng)域中用于儲(chǔ)存液氧、液氮和液化天然氣等低溫氣體的罐車、槽車以及應(yīng)變強(qiáng)化容器，食品領(lǐng)域中用于啤酒釀造的發(fā)酵罐等。由此可見(jiàn)，奧氏體不銹鋼壓力容器及其相應(yīng)的部件在諸多領(lǐng)域中有著巨大的需求。封頭作為壓力容器、鍋爐等大型設(shè)備的重要部件，其需求量隨壓力容器、鍋爐等設(shè)備的需求量的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，這就對(duì)封頭的大批量生產(chǎn)及其產(chǎn)品質(zhì)量提出了較高的要求。
[0003]亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼在封頭沖壓過(guò)程中會(huì)發(fā)生形變誘發(fā)馬氏體相變，這會(huì)對(duì)封頭材料的力學(xué)性能產(chǎn)生影響，甚至引起封頭的失效，造成安全隱患。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)提高溫成形時(shí)的溫度，能夠有效的降低封頭成形過(guò)程中馬氏體相變量，以保證封頭性能。
[0004]目前，工廠常在沖壓過(guò)程進(jìn)行一半后再加熱板料以實(shí)現(xiàn)溫沖壓，其加熱設(shè)備為噴槍，用紅外線測(cè)溫儀檢測(cè)溫度。
[0005]然而，溫沖壓過(guò)程中僅僅加熱了板料的一部分，故板料本身存在溫差。同時(shí)，由于凸模、凹模、壓邊圈的溫度基本與環(huán)境溫度一致，故在溫沖壓過(guò)程中板料與模具之間會(huì)存在熱量傳遞，這些都導(dǎo)致了沖壓過(guò)程中板料溫度的下降，如果環(huán)境溫度較低，或沖壓時(shí)間較長(zhǎng)，則板料的溫降幅度變大，這就會(huì)導(dǎo)致沖壓溫度不夠高，沖壓過(guò)程中板料發(fā)生形變誘發(fā)馬氏體相變，封頭性能下降。針對(duì)不同規(guī)格的封頭，合理確定加熱溫度，是溫沖壓工藝的關(guān)鍵所在。
[0006]當(dāng)前，工廠在確定溫沖壓加熱溫度時(shí)，沒(méi)有理論依據(jù)可以參考，只能靠多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)猜測(cè)加熱溫度，存在很大的盲目性。如果溫度選擇不合理，由于實(shí)際沖壓過(guò)程中接觸散熱等原因，板料存在溫降，導(dǎo)致板料沖壓過(guò)程所需溫度無(wú)法滿足，封頭性能難以保證，進(jìn)而難以發(fā)揮出溫沖壓的優(yōu)勢(shì)。如能夠事先考慮到環(huán)境溫度、板料加熱后開(kāi)始沖壓到?jīng)_壓結(jié)束的時(shí)間(以下簡(jiǎn)稱沖壓時(shí)間)、初始加熱溫度這三個(gè)主要因素對(duì)溫降的影響，了解封頭沖壓過(guò)程中的溫降規(guī)律、溫降范圍，從而確定合理的初始加熱溫度，保證沖壓過(guò)程中板料溫度滿足要求，則能夠?yàn)榉忸^產(chǎn)品的質(zhì)量提供保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中確定封頭加熱溫度時(shí)難以考慮溫降的不足，提供一種確定奧氏體不銹鋼封頭溫沖壓加熱溫度的方法。
[0008]為解決該技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的解決方案是:
[0009]提供一種確定奧氏體不銹鋼封頭溫沖壓加熱溫度的方法，包括以下步驟:
[0010](I)按預(yù)定規(guī)格對(duì)奧氏體不銹鋼板料進(jìn)行封頭溫沖壓預(yù)試驗(yàn)，記錄沖壓前的環(huán)境溫度Th、加熱后板料的溫度Tp加熱后開(kāi)始沖壓到?jīng)_壓結(jié)束的時(shí)間t、沖壓完成后封頭直邊段的溫度Tend;
[0011](2)根據(jù)溫降計(jì)算公式(Tend-Th)/(T廠Th) = exp(-k.t)計(jì)算控制參數(shù)k，式中的Th、Tp t、T-均為步驟⑴中試驗(yàn)獲得；
[0012](3)對(duì)于規(guī)格和材料均相同的待加工奧氏體不銹鋼封頭，根據(jù)下式計(jì)算得到板料的加熱溫度T/:
[0013]T/ = (Ten/ -Th' )/eXp(-k.t' )+Th'
[0014]式中，Th'為沖壓前的環(huán)境溫度，是在進(jìn)行封頭溫沖壓操作前能測(cè)量獲得的參數(shù)；tr和Tot/分別為加熱后開(kāi)始沖壓到?jīng)_壓結(jié)束的時(shí)間、沖壓完成后封頭直邊段的溫度，均為在進(jìn)行封頭溫沖壓操作前就能確定的參數(shù)；控制參數(shù)k由步驟(2)獲得(控制參數(shù)k與環(huán)境溫度、沖壓時(shí)間等因素?zé)o關(guān)，只取決于板料尺寸和材料)。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種奧氏體不銹鋼封頭溫沖壓方法，包括以下步驟:
[0016](I)按待加工奧氏體不銹鋼封頭的規(guī)格，以相同材料的板材進(jìn)行封頭溫沖壓預(yù)試驗(yàn)，記錄沖壓前的環(huán)境溫度Th、加熱后板料的溫度Tp加熱后開(kāi)始沖壓到?jīng)_壓結(jié)束的時(shí)間t、沖壓完成后封頭直邊段的溫度TOTd;
[0017](2)根據(jù)溫降計(jì)算公式(Tend-Th)/(T廠Th) = exp(-k.t)計(jì)算控制參數(shù)k，式中的Th、Tp t、T-均為步驟⑴中試驗(yàn)獲得；
[0018](3)根據(jù)公式T/ = (Tend, -Th' )/exp(-k.t' )+Th'計(jì)算得到板料的加熱溫度T/ ;式中，Th'為沖壓前的環(huán)境溫度，是在進(jìn)行封頭溫沖壓操作前能測(cè)量獲得的參數(shù)；t'和U分別為加熱后開(kāi)始沖壓到?jīng)_壓結(jié)束的時(shí)間、沖壓完成后封頭直邊段的溫度，均為在進(jìn)行封頭溫沖壓操作前就能確定的參數(shù)；控制參數(shù)k由步驟(2)獲得(控制參數(shù)k與環(huán)境溫度、沖壓時(shí)間等因素?zé)o關(guān)，只取決于板料尺寸和材料);
[0019](4)對(duì)板料進(jìn)行封頭溫沖壓操作，得到預(yù)定規(guī)格的奧氏體不銹鋼封頭；封頭溫沖壓過(guò)程中控制板料的加熱溫度不低于步驟(3)中T/的數(shù)值。
[0020]本發(fā)明中，所述封頭溫沖壓的具體操作流程為:
[0021](a)板料由機(jī)械吸盤(pán)放置于凹模之上；
[0022](b)凸模和上壓邊圈同時(shí)下移，上壓邊圈壓緊板料；
[0023](c)凸模下沖板料至接近一半深度(如圖1所示)；
[0024](d)凸模和上壓邊圈同時(shí)上移，支架撐起已經(jīng)變形的板料，在現(xiàn)場(chǎng)用噴槍加熱板料的外圓部分至不低于規(guī)定溫度，以紅外線測(cè)溫儀檢測(cè)溫度；
[0025](e)板料復(fù)位，上壓邊圈、凸模同時(shí)下移，直至上壓邊圈壓緊板料；
[0026](f)凸模下沖直至設(shè)定距離；
[0027](g)沖壓完畢，凸模和上壓邊圈同時(shí)上移，封頭由支架撐起，并由機(jī)械設(shè)備運(yùn)至指定地點(diǎn)。
[0028]本發(fā)明考慮了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度、沖壓時(shí)間、加熱溫度等因素的影響，通過(guò)對(duì)封頭溫沖壓進(jìn)行數(shù)值仿真研究，尋找與沖壓過(guò)程中溫降相關(guān)的宏觀參數(shù)，并由此實(shí)現(xiàn)對(duì)溫沖壓加熱溫度的確定。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0030](I)本發(fā)明中溫沖壓加熱溫度的確定方法，其主要依據(jù)來(lái)源于對(duì)非穩(wěn)態(tài)傳熱機(jī)理的研究，適用于所有可采用溫沖壓工藝成型的不同規(guī)格的奧氏體不銹鋼制封頭。在獲得給定規(guī)格的奧氏體不銹鋼制封頭溫沖壓的控制參數(shù)k后，該規(guī)格封頭的溫沖壓加熱溫度可依據(jù)本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算得到。
[0031](2)本發(fā)明方法的應(yīng)用，可以使工人