CNG气瓶辊模拉拔数值模拟研究.pdf

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1、第38卷第2期燕山大学学报Vl01．38NO．22014年3月JournalofYanshanUniversityMat．2014文章编号：1007-791X(2014)02—0134-06CNG气瓶辊模拉拔数值模拟研究郝海滨，赵长财(先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学)，河北秦皇岛066004)摘要：辊模拉拔工艺是结合拉拔和轧制工艺对金属线材、异型材料和管材进行拉拔的先进制造工艺。本文针对钢质无缝CNG气瓶辊模拉拔工艺进行了数值模拟研究。通过Gleeble材料实验机进行的单向拉伸实验得到专用气瓶材料34CrMo4不同变形条件下的流变应

2、力曲线，构建其材料本构方程，并以此为依托，应用有限元软件ABAQUS建立了气瓶辊模拉拔工艺的数值仿真模型。通过数值模拟，研究了各拉拔参数对拉拔力的影响效果，用于指导实际生产。关键词：拉拔；辊模；拉拔比；拉拔力；气瓶中图分类号：TG316．3文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1007-791X．2014．02．008了拉拔工艺，在提高拉拔速度，减少中间退火环0引言节，改善拉拔材料力学性能，增加拉拔型材品种的传统拉拔技术在拉拔过程中存在大量的对金多样性方面有着固定模拉拔无可比拟的优势，特别属变形不利的摩擦功，要克服这些无效摩擦力会消是在

3、拉拔异型材和难加工材料方面发挥了巨大作耗大量的能量，增加了变形过程的难度，同时容易用。产生成形缺陷，降低成形质量。固定模拉拔制品的国内学者对拉拔技术，尤其是辊模拉拔技术进精度虽高，但要多道次成形，需要的拉拔力很大，行了大量的研究[8-14]o对于辊模拉拔工艺，线材和角部成形比较因难。为了克服固定模拉拔存在的缺异型材研究较多，而管材成形基本少有报道。点，产生了许多新的拉拔工艺，如无模拉拔、集束拉拔、玻璃膜金属液抽丝、静液挤压拉丝等。1956面对石油能源的枯竭和环境保护的要求，近年年日本东京大学五弓勇雄教授等研究成功了一种来，天然气的使用逐年增加，相应的

4、CNG(压缩新的金属加工方法一辊模拉拔工艺[1-2]o辊模拉天然气)气瓶的需求量也不断增加，CNG高压气拔法由于金属变形中宽展的存在，角部成形比较容瓶制造技术的开发和研究越来越被人们所关注。基易，而且拉拔中存在张力，成为适合拉拔工艺的重于节约能源，提高材料利用率和产品质量的新的气要生产方法。辊模拉拔时金属变形量大，有助于瓶制造工艺不断涌现。将拉拔技术引入CNG气瓶金属的晶粒细化[4-5]o辊模拉拔可改善被加工金属制造工艺，是创新性的技术革新，为提高CNG气的组织结构和机械性能，金属加工硬化小，变形均瓶的安全性提供了重要保证。匀，道次延伸系数和总延伸系

5、数大，中间退火次数随着气瓶安全性要求的提高，CNG气瓶材料少，适合于拉伸低塑性、难变形金属材料。辊模也被广泛关注。1992年美国国家标准所(ANSI)拉拔方法由于采用滚动摩擦使制件表面的划伤机制定颁布了ANSI／AGANGV2-1992车用压缩天然率降低，提高了产品质量。气气瓶标准。该标准首次将CNG气瓶划分为4类：辊模拉拔是一种可以代替传统拉拔的先进成CNG一1型为金属(钢或铝)气瓶；CNG一2型为金形工艺。它结合了拉拔与轧制的特点，很好地改善属(钢或铝)内胆环向纤维缠绕气瓶；CNG一3型为收稿日期：2014—01-02作者简介：郝海滨(1976-

6、)，男，河北易县人，博士研究生，主要研究方向为金属管材成形新工艺及理论；+通信作者：赵长财(1964一)，男，吉林德惠人，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为金属管、板材成形新工艺及理论，Email：zhao1964@ysu．edu．cn。第2期郝海滨等CNG气瓶辊模拉拔数值模拟研究135金属(钢或铝)内胆全纤维缠绕气瓶(包括纵向纤截面的初始面积，mm。维层和环向纤维层)；CNG一4型为塑料内胆全缠绕气瓶(所谓全塑复合材料气瓶)。这一分类得到我国在内的世界各国普遍认可。这个体系主张以性能试验为宗旨，既保证气瓶的基本安全性能，又不会束缚开发商采用新技

7、术、新材料的积极性[151。但不撼管是CNG—l型气瓶还是作为内胆的2、3型气瓶，金属材料仍然是应用最广泛的气瓶材料。合金钢34CrMo4有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，高温下具有较高的持久强度和蠕变强真应变s度，常用于高负荷下工作的重要结构件，也是常用(a)应变速率为O．1s-t时的应力应变曲线的气瓶材料。本文通过材料34CrMo4的单向拉伸试验得到材料本构方程，以此为材料模型，通过数值模拟对辊模拉拔参数进行具体研究。134CrMo4材料性能试验本构关系实质上表示材料对热力学参数变化的动态响应规律。因此本构关系描述的准确与否直接决定了理

8、论计算和有限元数值分析的精确度。通过对34CrMo4合金钢进行热单向拉伸试验，从而真应变s获得材料性能参数，