CN105094176B - 一种确定奥氏体不锈钢封头温冲压加热温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及封头冲压制造技术，旨在提供一种确定奥氏体不锈钢封头温冲压加热温度的方法。该方法是按预定规格对奥氏体不锈钢板料进行封头温冲压预试验，根据温降计算公式计算控制参数k；再将该参数用于规格和材料均相同的待加工奥氏体不锈钢封头以计算板料的加热温度。本发明依据来源于对非稳态传热机理的研究，适用所有可采用温冲压工艺成型的不同规格的奥氏体不锈钢制封头。在获得给定规格的奥氏体不锈钢制封头温冲压的控制参数k后，该规格封头的温冲压加热温度可依据本发明通过简单的计算得到。本发明的应用可确保冲压过程中封头直边段处的温度始终高于要求的温度下限。具有计算准确，操作简单，技术可行，能直接应用于工业现场等的优点。

Description

一种确定奥氏体不锈钢封头温冲压加热温度的方法

技术领域

本发明涉及封头冲压制造领域，具体涉及一种确定奥氏体不锈钢封头温冲压加热温度的方法，是一种考虑了奥氏体不锈钢制封头温冲压过程中封头直边段温度下降(以下简称温降)的确定温冲压加热温度的方法。

背景技术

奥氏体不锈钢因其具有良好的耐腐蚀性、塑性、韧性，被广泛应用于压力容器、锅炉、核电设备的制造。以压力容器为例，在新能源、医药、食品加工等领域该类设备都有大量的应用，例如新能源领域中用于储存液氧、液氮和液化天然气等低温气体的罐车、槽车以及应变强化容器，食品领域中用于啤酒酿造的发酵罐等。由此可见，奥氏体不锈钢压力容器及其相应的部件在诸多领域中有着巨大的需求。封头作为压力容器、锅炉等大型设备的重要部件，其需求量随压力容器、锅炉等设备的需求量的增长而增长，这就对封头的大批量生产及其产品质量提出了较高的要求。

亚稳态奥氏体不锈钢在封头冲压过程中会发生形变诱发马氏体相变，这会对封头材料的力学性能产生影响，甚至引起封头的失效，造成安全隐患。经研究发现，通过提高温成形时的温度，能够有效的降低封头成形过程中马氏体相变量，以保证封头性能。

目前，工厂常在冲压过程进行一半后再加热板料以实现温冲压，其加热设备为喷枪，用红外线测温仪检测温度。

然而，温冲压过程中仅仅加热了板料的一部分，故板料本身存在温差。同时，由于凸模、凹模、压边圈的温度基本与环境温度一致，故在温冲压过程中板料与模具之间会存在热量传递，这些都导致了冲压过程中板料温度的下降，如果环境温度较低，或冲压时间较长，则板料的温降幅度变大，这就会导致冲压温度不够高，冲压过程中板料发生形变诱发马氏体相变，封头性能下降。针对不同规格的封头，合理确定加热温度，是温冲压工艺的关键所在。

当前，工厂在确定温冲压加热温度时，没有理论依据可以参考，只能靠多年的生产经验猜测加热温度，存在很大的盲目性。如果温度选择不合理，由于实际冲压过程中接触散热等原因，板料存在温降，导致板料冲压过程所需温度无法满足，封头性能难以保证，进而难以发挥出温冲压的优势。如能够事先考虑到环境温度、板料加热后开始冲压到冲压结束的时间(以下简称冲压时间)、初始加热温度这三个主要因素对温降的影响，了解封头冲压过程中的温降规律、温降范围，从而确定合理的初始加热温度，保证冲压过程中板料温度满足要求，则能够为封头产品的质量提供保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中确定封头加热温度时难以考虑温降的不足，提供一种确定奥氏体不锈钢封头温冲压加热温度的方法。

为解决该技术问题，本发明所采用的解决方案是：

提供一种确定奥氏体不锈钢封头温冲压加热温度的方法，包括以下步骤：

(1)按预定规格对奥氏体不锈钢板料进行封头温冲压预试验，记录冲压前的环境温度T_h、加热后板料的温度T_j、加热后开始冲压到冲压结束的时间t、冲压完成后封头直边段的温度T_end；

(2)根据温降计算公式T_end-T_h/T_j-T_h＝exp-k·t计算控制参数k，式中的T_h、T_j、t、T_end均为步骤(1)中试验获得；

(3)对于规格和材料均相同的待加工奥氏体不锈钢封头，根据下式计算得到板料的加热温度T_j′：

T_j′＝T_end′-T_h′/exp-k·t′+T_h′

式中，T_h′为冲压前的环境温度，是在进行封头温冲压操作前能测量获得的参数；t′和T_end′分别为加热后开始冲压到冲压结束的时间、冲压完成后封头直边段的温度，均为在进行封头温冲压操作前就能确定的参数；控制参数k由步骤(2)获得(控制参数k与环境温度、冲压时间等因素无关，只取决于板料尺寸和材料)。

本发明进一步提供了一种奥氏体不锈钢封头温冲压方法，包括以下步骤：

(1)按待加工奥氏体不锈钢封头的规格，以相同材料的板材进行封头温冲压预试验，记录冲压前的环境温度T_h、加热后板料的温度T_j、加热后开始冲压到冲压结束的时间t、冲压完成后封头直边段的温度T_end；

(2)根据温降计算公式T_end-T_h/T_j-T_h＝exp-k·t计算控制参数k，式中的T_h、T_j、t、T_end均为步骤(1)中试验获得；

(3)根据公式T_j′＝T_end′-T_h′/exp-k·t′+T_h′计算得到板料的加热温度T_j′；式中，T_h′为冲压前的环境温度，是在进行封头温冲压操作前能测量获得的参数；t′和T_end′分别为加热后开始冲压到冲压结束的时间、冲压完成后封头直边段的温度，均为在进行封头温冲压操作前就能确定的参数；控制参数k由步骤(2)获得(控制参数k与环境温度、冲压时间等因素无关，只取决于板料尺寸和材料)；

(4)对板料进行封头温冲压操作，得到预定规格的奥氏体不锈钢封头；封头温冲压过程中控制板料的加热温度不低于步骤(3)中T_j′的数值。

本发明中，所述封头温冲压的具体操作流程为：

(a)板料由机械吸盘放置于凹模之上；

(b)凸模和上压边圈同时下移，上压边圈压紧板料；

(c)凸模下冲板料至接近一半深度(如图1所示)；

(d)凸模和上压边圈同时上移，支架撑起已经变形的板料，在现场用喷枪加热板料的外圆部分至不低于规定温度，以红外线测温仪检测温度；

(e)板料复位，上压边圈、凸模同时下移，直至上压边圈压紧板料；

(f)凸模下冲直至设定距离；

(g)冲压完毕，凸模和上压边圈同时上移，封头由支架撑起，并由机械设备运至指定地点。

本发明考虑了现场环境温度、冲压时间、加热温度等因素的影响，通过对封头温冲压进行数值仿真研究，寻找与冲压过程中温降相关的宏观参数，并由此实现对温冲压加热温度的确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中温冲压加热温度的确定方法，其主要依据来源于对非稳态传热机理的研究，适用于所有可采用温冲压工艺成型的不同规格的奥氏体不锈钢制封头。在获得给定规格的奥氏体不锈钢制封头温冲压的控制参数k后，该规格封头的温冲压加热温度可依据本发明通过简单的计算得到。

(2)本发明方法的应用，可以使工人在进行温冲压之前根据所要求的冲压最低温度T_end、冲压时间t以及环境温度T_h来确定冲压过程中的加热温度，从而确保冲压过程中封头直边段处的温度始终高于要求的温度下限。具有计算准确，操作简单，技术可行，能直接应用于工业现场等的优点。

附图说明

图1为封头温冲压示意图。

图中附图标记：1上压边圈、2凸模、3凹模、4板料、5加热部分(冲压完成后，作为封头直边段部位)。

具体实施方式

以下以国产典型奥氏体不锈钢S30408材料封头的温冲压加热温度计算和封头温冲压操作为例，对基于非稳态传热理论的奥氏体不锈钢封头温冲压加热温度预测方法的主要过程做进一步描述：

(1)以一个EHA550×6的标准椭圆形奥氏体不锈钢封头为例，内直径为550mm，厚度为6mm，进行封头温冲压预试验，记录冲压前的环境温度30℃、加热后板料的温度74℃、加热后开始冲压到冲压结束的时间13s、冲压后封头直边段的温度53℃；

(2)将T_h＝30℃、T_j＝74℃、t＝13s、T_end＝53℃，带入温降计算公式

T_end-T_h/T_j-T_h＝exp-k·t

求得控制参数k＝0.0499；

(3)对于相同规格和材料的奥氏体不锈钢封头，控制参数k取值相同。若要求温冲压完成后封头直边段处温度T_end′不低于60℃，加热后开始冲压到冲压结束的时间t′＝13s，现场测量环境温度T_h′＝30℃，则依据公式T_j′＝T_end′-T_h′/exp-k·t′+T_h′，可以计算得出所需的加热温度T_j′应不低于87℃；

(4)封头温冲压的具体操作流程为：

(a)板料4由机械吸盘放置于凹模3之上；

(b)凸模2和上压边圈1同时下移，上压边圈1压紧板料4；

(c)凸模2下冲板料4至接近一半深度，如图1所示；

(d)凸模2和上压边圈1同时上移，支架撑起已经变形的板料4，在现场用喷枪加热板料4的外圆部分(即图中的加热部分5)至不低于规定温度，以红外线测温仪检测温度；

(e)板料4复位，上压边圈1、凸模2同时下移，直至上压边圈1压紧板料4；

(f)凸模2下冲直至设定距离；

(g)冲压完毕，凸模2和上压边圈1同时上移，封头由支架撑起，并由机械设备运至指定地点。

本实施例中，在进行封头温冲压操作的步骤(d)时，用喷枪加热板料的外圆部分(即图中的加热部分5)就只需控制加热温度不低于87℃，即可保证冲压过程中板料温度满足要求，保障封头产品质量。

Claims (3)

1.一种确定奥氏体不锈钢封头温冲压加热温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按预定规格对奥氏体不锈钢板料进行封头温冲压预试验，记录冲压前的环境温度T_h、加热后板料的温度T_j、加热后开始冲压到冲压结束的时间t、冲压完成后封头直边段的温度T_end；

(2)根据温降计算公式(T_end-T_h)/(T_j-T_h)＝exp(-k·t)计算控制参数k，式中的T_h、T_j、t、T_end均为步骤(1)中试验获得；

(3)对于规格和材料均相同的待加工奥氏体不锈钢封头，根据下式计算得到板料的加热温度T_j′：

T_j′＝(T_end′-T_h′)/exp(-k·t′)+T_h′

式中，T_h′为冲压前的环境温度，是在进行封头温冲压操作前能测量获得的参数；t′和T_end′分别为加热后开始冲压到冲压结束的时间、冲压完成后封头直边段的温度，均为在进行封头温冲压操作前就能确定的参数；控制参数k由步骤(2)获得。

2.一种奥氏体不锈钢封头温冲压方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按待加工奥氏体不锈钢封头的规格，以相同材料的板材进行封头温冲压预试验，记录冲压前的环境温度T_h、加热后板料的温度T_j、加热后开始冲压到冲压结束的时间t、冲压完成后封头直边段的温度T_end；

(2)根据温降计算公式(T_end-T_h)/(T_j-T_h)＝exp(-k·t)计算控制参数k，式中的T_h、T_j、t、T_end均为步骤(1)中试验获得；

(3)根据公式T_j′＝(T_end′-T_h′)/exp(-k·t′)+T_h′计算得到板料的加热温度T_j′；式中，T_h′为冲压前的环境温度，是在进行封头温冲压操作前能测量获得的参数；t′和T_end′分别为加热后开始冲压到冲压结束的时间、冲压完成后封头直边段的温度，均为在进行封头温冲压操作前就能确定的参数；控制参数k由步骤(2)获得；

(4)对板料进行封头温冲压操作，得到预定规格的奥氏体不锈钢封头；封头温冲压过程中控制板料的加热温度不低于步骤(3)中T_j′的数值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述封头温冲压的具体操作流程为：

(a)板料由机械吸盘放置于凹模之上；

(b)凸模和上压边圈同时下移，上压边圈压紧板料；

(c)凸模下冲板料至接近一半深度；

(d)凸模和上压边圈同时上移，支架撑起已经变形的板料，在现场用喷枪加热板料的外圆部分至不低于规定温度，以红外线测温仪检测温度；

(e)板料复位，上压边圈、凸模同时下移，直至上压边圈压紧板料；

(f)凸模下冲直至设定距离；

(g)冲压完毕，凸模和上压边圈同时上移，封头由支架撑起，并由机械设备运至指定地点。