模型分享004——不锈钢封头拉伸成型工艺仿真分析

背景

椭圆形封头通常作为压力容器的两侧密封结构，是一个承受高温、高压、高放射性、高辐射的高压容器。出于安全方面的考虑，对此类封头部件的制造和质量要求都非常严格。在大型封头的热成形工艺中，带直壁的椭圆封头常采用热拉伸工艺成形，因而掌握金属变形过程，预测成型质量和降低成型缺陷是实现该部件制造工艺中的关键技术。采用有限元模拟方法，其中冲头、压边圈、配料和凹模四部分是仿真的最基本结构件，在大型厚壁椭圆形封头拉伸成型过程中，从压边力、载荷、配料温度以及摩擦力（摩擦系数）等角度对成型质量进行了系统性研究，分析了拉伸过程中板坯的变形特点，为预测成型缺陷以及内皱曲现象提供了理论指导，最终为封头的成型提供了参数优化。

建模

工艺参数表

20组参数组合：（注意载荷与分析步时间之间的关系，分析步时间等于）

建立几何模型

如图1所示为使用ABAQUS仿真软件建立的凸模、凹模、压边圈和工件的三维几何模型，模型尺寸就是你图中的尺寸，工件的直径为110mm厚度5mm。

图1

材料本构方程（材料属性）

建立钢的本构方程，对工件材料的基本性能进行描述，并且需要准确的反映出拉伸成型过程中受到的温度和应变情况，利用Johnson-Cook模型建立本构方程。此外JC模型还可以减少仿真计算量，加快计算速度外。

材料主要参数如下，此外其余参数在CAE文件中可以找到。

装配

装配后通过对各部件的位置进行调节，来实现各部件的装配。

图3

分析步

分析步设置中，设置类型为位移温度耦合仿真分析，并设置分析时间为0.002s，在场输出里面点击STATUS，在历史输出里面设置输出力和位移，如图4所示。

图4

接触属性设置（摩擦系数）

将各部件装配后定义之间的接触属性，分别为 “罚”接触和“硬”接触，各部件之间的接触设置为通用接触，其中凸模、凹模以及压边圈设置为刚体，设置方式如图5所示。

图5

载荷（压边力、速度载荷、温度）

设置压边力、速度载荷以及温度在此步骤，具体的设置如下图所示，你可以在此步骤进行更改，如图6所示。

网格划分

最后进行网格划分，为了加快仿真收敛速度，采用局部细化方式对压边圈和凹模进行网格划分，在基体部分进行稀疏网格处理，在内部倒角区域网格密化处理，此时网格尺寸为1mm。并且对压边圈和凹模进行布种后设置网格类型为四边形单元，并设置所有单元的单元类型为显示的温度位移耦合分析，如图7所示。

图7

分析

仿真温度场情况

仿真应力场情况

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仿真软件ABAQUS 6.14-1

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