一種確定奧氏體不銹鋼封頭溫沖壓加熱溫度的方法

　　【技術領域】

　　[0001]本發明涉及封頭沖壓制造領域，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程中封頭直邊段溫度下降(以下簡稱溫降)的確定溫沖壓加熱溫度的方法。

　　【背景技術】

　　[0002]奧氏體不銹鋼因其具有良好的耐腐蝕性、塑性、韌性，被廣泛應用于壓力容器、鍋爐、核電設備的制造。以壓力容器為例，在新能源、醫藥、食品加工等領域該類設備都有大量的應用，例如新能源領域中用于儲存液氧、液氮和液化天然氣等低溫氣體的罐車、槽車以及應變強化容器，食品領域中用于啤酒釀造的發酵罐等。由此可見，奧氏體不銹鋼壓力容器及其相應的部件在諸多領域中有著巨大的需求。封頭作為壓力容器、鍋爐等大型設備的重要部件，其需求量隨壓力容器、鍋爐等設備的需求量的增長而增長，這就對封頭的大批量生產及其產品質量提出了較高的要求。

　　[0003]亞穩態奧氏體不銹鋼在封頭沖壓過程中會發生形變誘發馬氏體相變，這會對封頭材料的力學性能產生影響，甚至引起封頭的失效，造成安全隱患。經研究發現，通過提高溫成形時的溫度，能夠有效的降低封頭成形過程中馬氏體相變量，以保證封頭性能。

　　[0004]目前，工廠常在沖壓過程進行一半后再加熱板料以實現溫沖壓，其加熱設備為噴槍，用紅外線測溫儀檢測溫度。

　　[0005]然而，溫沖壓過程中僅僅加熱了板料的一部分，故板料本身存在溫差。同時，由于凸模、凹模、壓邊圈的溫度基本與環境溫度一致，故在溫沖壓過程中板料與模具之間會存在熱量傳遞，這些都導致了沖壓過程中板料溫度的下降，如果環境溫度較低，或沖壓時間較長，則板料的溫降幅度變大，這就會導致沖壓溫度不夠高，沖壓過程中板料發生形變誘發馬氏體相變，封頭性能下降。針對不同規格的封頭，合理確定加熱溫度，是溫沖壓工藝的關鍵所在。

　　[0006]當前，工廠在確定溫沖壓加熱溫度時，沒有理論依據可以參考，只能靠多年的生產經驗猜測加熱溫度，存在很大的盲目性。如果溫度選擇不合理，由于實際沖壓過程中接觸散熱等原因，板料存在溫降，導致板料沖壓過程所需溫度無法滿足，封頭性能難以保證，進而難以發揮出溫沖壓的優勢。如能夠事先考慮到環境溫度、板料加熱后開始沖壓到沖壓結束的時間(以下簡稱沖壓時間)、初始加熱溫度這三個主要因素對溫降的影響，了解封頭沖壓過程中的溫降規律、溫降范圍，從而確定合理的初始加熱溫度，保證沖壓過程中板料溫度滿足要求，則能夠為封頭產品的質量提供保障。

　　【發明內容】

　　[0007]本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中確定封頭加熱溫度時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]為解決該技術問題，本發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)按預定規格對奧氏體不銹鋼板料進行封頭溫沖壓預試驗，記錄沖壓前的環境溫度Th、加熱后板料的溫度Tp加熱后開始沖壓到沖壓結束的時間t、沖壓完成后封頭直邊段的溫度Tend;

　　[0011](2)根據溫降計算公式(Tend-Th)/(T廠Th)=exp(-k.t)計算控制參數k，式中的Th、Tp t、T-均為步驟⑴中試驗獲得；

　　[0012](3)對于規格和材料均相同的待加工奧氏體不銹鋼封頭，根據下式計算得到板料的加熱溫度T/:

　　[0013]T/=(Ten/ -Th' )/eXp(-k.t' )+Th'

　　[0014]式中，Th'為沖壓前的環境溫度，是在進行封頭溫沖壓操作前能測量獲得的參數；tr和Tot/分別為加熱后開始沖壓到沖壓結束的時間、沖壓完成后封頭直邊段的溫度，均為在進行封頭溫沖壓操作前就能確定的參數；控制參數k由步驟(2)獲得(控制參數k與環境溫度、沖壓時間等因素無關，只取決于板料尺寸和材料)。

　　[0015]本發明進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格，以相同材料的板材進行封頭溫沖壓預試驗，記錄沖壓前的環境溫度Th、加熱后板料的溫度Tp加熱后開始沖壓到沖壓結束的時間t、沖壓完成后封頭直邊段的溫度TOTd;

　　[0017](2)根據溫降計算公式(Tend-Th)/(T廠Th)=exp(-k.t)計算控制參數k，式中的Th、Tp t、T-均為步驟⑴中試驗獲得；

　　[0018](3)根據公式T/=(Tend, -Th' )/exp(-k.t' )+Th'計算得到板料的加熱溫度T/ ;式中，Th'為沖壓前的環境溫度，是在進行封頭溫沖壓操作前能測量獲得的參數；t'和U分別為加熱后開始沖壓到沖壓結束的時間、沖壓完成后封頭直邊段的溫度，均為在進行封頭溫沖壓操作前就能確定的參數；控制參數k由步驟(2)獲得(控制參數k與環境溫度、沖壓時間等因素無關，只取決于板料尺寸和材料);

　　[0019](4)對板料進行封頭溫沖壓操作，得到預定規格的奧氏體不銹鋼封頭；封頭溫沖壓過程中控制板料的加熱溫度不低于步驟(3)中T/的數值。

　　[0020]本發明中，所述封頭溫沖壓的具體操作流程為:

　　[0021](a)板料由機械吸盤放置于凹模之上；

　　[0022](b)凸模和上壓邊圈同時下移，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上移，支架撐起已經變形的板料，在現場用噴槍加熱板料的外圓部分至不低于規定溫度，以紅外線測溫儀檢測溫度；

　　[0025](e)板料復位，上壓邊圈、凸模同時下移，直至上壓邊圈壓緊板料；

　　[0026](f)凸模下沖直至設定距離；

　　[0027](g)沖壓完畢，凸模和上壓邊圈同時上移，封頭由支架撐起，并由機械設備運至指定地點。

　　[0028]本發明考慮了現場環境溫度、沖壓時間、加熱溫度等因素的影響，通過對封頭溫沖壓進行數值仿真研究，尋找與沖壓過程中溫降相關的宏觀參數，并由此實現對溫沖壓加熱溫度的確定。

　　[0029]與現有技術相比，本發明的有益效果是:

　　[0030](I)本發明中溫沖壓加熱溫度的確定方法，其主要依據來源于對非穩態傳熱機理的研究，適用于所有可采用溫沖壓工藝成型的不同規格的奧氏體不銹鋼制封頭。在獲得給定規格的奧氏體不銹鋼制封頭溫沖壓的控制參數k后，該規格封頭的溫沖壓加熱溫度可依據本發明通過簡單的計算得到。

　　[0031](2)本發明方法的應用，可以使工人

　　在進行溫沖壓之前根據所要求的沖壓最低溫度TOTd、沖壓時間t以及環境溫度Th來確定沖壓過程中的加熱溫度，從而確保沖壓過程中封頭直邊段處的溫度始終高于要求的溫度下限。具有計算準確，操作簡單，技術可行，能直接應用于工業現場等的優點。

　　【附圖說明】

　　[0032]圖1為封頭溫沖壓示意圖。

　　[0033]圖中附圖標記:1壓邊圈、2凸模、3凹模、4板料、5加熱部分(沖壓完成后，作為封頭直邊段部位)。

　　【具體實施方式】

　　[0034]以下以國產典型奧氏體不銹鋼S30408材料封頭的溫沖壓加熱溫度計算和封頭溫沖壓操作為例，對基于非穩態傳熱理論的奧氏體不銹鋼封頭溫沖壓加熱溫度預測方法的主要過程做進一步描述:

　　[0035](I)以一個EHA550X6的標準橢圓形奧氏體不銹鋼封頭為例，內直徑為550mm，厚度為6_，進行封頭溫沖壓預試驗，記錄沖壓前的環境溫度30°C、加熱后板料的溫度74V、加熱后開始沖壓到沖壓結束的時間13s、沖壓后封頭直邊段的溫度53°C ;

　　[0036](2)將 Th=30。。'T j=74°C、t=13s、Tend=53°C，帶入溫降計算公式

　　[0037](Tend-Th) / (T -Th)=exp (_k.t)

　　[0038]求得控制參數k=0.0499 ；

　　[0039](3)對于相同規格和材料的奧氏體不銹鋼封頭，控制參數k取值相同。若要求溫沖壓完成后封頭直邊段處溫度Tot/不低于60°C，加熱后開始沖壓到沖壓結束的時間t'=13s，現場測量環境溫度Th'=30°C，則依據公式T/=(Ten/ -Th' )/exp(-k.t/ )+Th'，可以計算得出所需的加熱溫度T/應不低于87°C;

　　[0040](4)封頭溫沖壓的具體操作流程為:

　　[0041](a)板料4由機械吸盤放置于凹模3之上；

　　[0042](b)凸模2和上壓邊圈I同時下移，上壓邊圈I壓緊板料4 ；

　　[0043](c)凸模2下沖板料4至接近一半深度，如圖1所示；

　　[0044](d)凸模2和上壓邊圈I同時上移，支架撐起已經變形的板料4，在現場用噴槍加熱板料4的外圓部分(即圖中的加熱部分5)至不低于規定溫度，以紅外線測溫儀檢測溫度；

　　[0045](e)板料4復位，上壓邊圈1、凸模2同時下移，直至上壓邊圈I壓緊板料4 ;

　　[0046](f)凸模2下沖直至設定距離；

　　[0047](g)沖壓完畢，凸模2和上壓邊圈I同時上移，封頭由支架撐起，并由機械設備運至指定地點。

　　[0048]本實施例中，在進行封頭溫沖壓操作的步驟(d)時，用噴槍加熱板料的外圓部分(即圖中的加熱部分5)就只需控制加熱溫度不低于87°C，即可保證沖壓過程中板料溫度滿足要求，保障封頭產品質量。

　　【主權項】

　　1.一種確定奧氏體不銹鋼封頭溫沖壓加熱溫度的方法，其特征在于，包括以下步驟: (I)按預定規格對奧氏體不銹鋼板料進行封頭溫沖壓預試驗，記錄沖壓前的環境溫度Th、加熱后板料的溫度T,、加熱后開始沖壓到沖壓結束的時間t、沖壓完成后封頭直邊段的溫度Tend; ⑵根據溫降計算公式(Traid-Th)/(T -Th)=exp(-k *t)計算控制參數k，式中的Th、Tj、 為步驟(I)中試驗獲得； (3)對于規格和材料均相同的待加工奧氏體不銹鋼封頭，根據下式計算得到板料的加熱溫度Tj':Tj'=(Ten/ -Th, )/exp(-k*t, )+Th' 式中，Th'為沖壓前的環境溫度，是在進行封頭溫沖壓操作前能測量獲得的參數；t'和U分別為加熱后開始沖壓到沖壓結束的時間、沖壓完成后封頭直邊段的溫度，均為在進行封頭溫沖壓操作前就能確定的參數；控制參數k由步驟(2)獲得。2.一種奧氏體不銹鋼封頭溫沖壓方法，其特征在于，包括以下步驟: (I)按待加工奧氏體不銹鋼封頭的規格，以相同材料的板材進行封頭溫沖壓預試驗，記錄沖壓前的環境溫度Th、加熱后板料的溫度Tp加熱后開始沖壓到沖壓結束的時間t、沖壓完成后封頭直邊段的溫度TOTd; ⑵根據溫降計算公式(Traid-Th)/(T -Th)=exp(-k *t)計算控制參數k，式中的Th、Tj、 為步驟(I)中試驗獲得； (3)根據公式T/=(Ten/ -1V )/exp(-k.t/ )+Th/計算得到板料的加熱溫度T/ ;式中，Th'為沖壓前的環境溫度，是在進行封頭溫沖壓操作前能測量獲得的參數；t'和U分別為加熱后開始沖壓到沖壓結束的時間、沖壓完成后封頭直邊段的溫度，均為在進行封頭溫沖壓操作前就能確定的參數；控制參數k由步驟(2)獲得； (4)對板料進行封頭溫沖壓操作，得到預定規格的奧氏體不銹鋼封頭；封頭溫沖壓過程中控制板料的加熱溫度不低于步驟(3)中T/的數值。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述封頭溫沖壓的具體操作流程為: (a)板料由機械吸盤放置于凹模之上； (b)凸模和上壓邊圈同時下移，上壓邊圈壓緊板料； (C)凸模下沖板料至接近一半深度； (d)凸模和上壓邊圈同時上移，支架撐起已經變形的板料，在現場用噴槍加熱板料的外圓部分至不低于規定溫度，以紅外線測溫儀檢測溫度； (e)板料復位，上壓邊圈、凸模同時下移，直至上壓邊圈壓緊板料； (f)凸模下沖直至設定距離； (g)沖壓完畢，凸模和上壓邊圈同時上移，封頭由支架撐起，并由機械設備運至指定地點。

　　【專利摘要】本發明涉及封頭沖壓制造技術，旨在提供一種確定奧氏體不銹鋼封頭溫沖壓加熱溫度的方法。該方法是按預定規格對奧氏體不銹鋼板料進行封頭溫沖壓預試驗，根據溫降計算公式計算控制參數k；再將該參數用于規格和材料均相同的待加工奧氏體不銹鋼封頭以計算板料的加熱溫度。本發明依據來源于對非穩態傳熱機理的研究，適用所有可采用溫沖壓工藝成型的不同規格的奧氏體不銹鋼制封頭。在獲得給定規格的奧氏體不銹鋼制封頭溫沖壓的控制參數k后，該規格封頭的溫沖壓加熱溫度可依據本發明通過簡單的計算得到。本發明的應用可確保沖壓過程中封頭直邊段處的溫度始終高于要求的溫度下限。具有計算準確，操作簡單，技術可行，能直接應用于工業現場等的優點。

　　【IPC分類】G05D23/32, B21D22/02

　　【公開號】CN105094176

　　【申請號】CN201510426733

　　【發明人】鄭津洋, 丁會明, 張瀟, 李青青, 陸群杰, 惠培子

　　【申請人】浙江大學

　　【公開日】2015年11月25日

　　【申請日】2015年7月20日