IV型储氢瓶塑料内胆滚塑旋转工艺的选择

塑料内胆尺寸精度对IV型储氢瓶的服役性能有重要的影响,壁厚均匀度不佳会直接导致内胆变形、直线度变小,进而导致缠绕工艺不良,储氢瓶开裂、耐压能力下降。而滚塑作为一种重要的内胆成型方法,在控制内胆壁厚均匀性方面具有挑战,其核心原因是滚塑过程工艺对内胆尺寸精度的影响机理缺失,业内较少研究工艺因素对壁厚的影响细节。采用ROTOSIM软件,分析了8种常见滚塑工艺对塑料内胆的壁厚均匀性的影响。结果表明,生产典型尺寸的储氢瓶内胆时,壁厚均匀度随旋转速度的加快而变好,但太快会导致粉末抛物流影响壁厚均匀度;旋转速比应避免为整数或半整数以防止粉末轨迹重复,摇摆机或旋转机L臂内胆竖放模式要优于旋转机L臂内胆平放模式和旋转机直臂模式;更重要的是,旋转中心是否与内胆轴心重合对壁厚均匀度影响较小,为一机多模生产方式提供了理论依据。作为本研究优化方案,当摇摆机旋转速度为1 r/min,摇摆速度为6.5次/min时,塑料内胆的壁厚变异系数为9%,为研究范围内的最小值。

径向锻造加工率对TC4钛合金管材组织与性能的影响

对TC4钛合金斜轧管坯分别进行23.4%、43.8%和52.8%三种加工率的无芯轴径向锻造,研究不同加工率对管材内壁质量、尺寸、显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着径向锻造加工率的增加,内壁起皱量和壁厚增量随之增大,同时壁厚均匀性变差;部分片状α发生球化,片状α和少量等轴α并存;抗拉强度和屈服强度随着加工率的增大而增加,塑性无明显变化。

波纹管参数对TRB管胀形S型波纹管壁厚分布的影响

为研究TRB管无轴向补料胀形S型波纹管壁厚分布影响因素,通过理论设计构建了TRB管坯参数与S型波纹管参数的几何关系,并建立了胀形有限元模型。研究了S型波纹管参数波纹圆心角、波纹曲率半径、波纹管内半径对壁厚分布的影响。圆心角增大时,设计壁厚与最大壁厚的差(正差)、与最小壁厚的差(负差)以及最大壁厚与最小壁厚的差(总差)快速增大,圆心角对壁厚分布影响显著。当圆心角为42°时,负差为设计壁厚的11.4%,总差为19.3%,壁厚分布不均匀。曲率半径和波纹管内半径对壁厚分布影响不显著,合理的参数范围内,TRB管胀形S型波纹管壁厚分布均匀。

基于凸形集磁器的管件电磁胀形电磁力及成形性分析

针对传统管件电磁胀形存在的壁厚减薄以及轴向变形不均匀的现象,提出了基于凸形集磁器的管件电磁胀形方法,通过调控径向电磁力分布以及轴向电磁力协同加载,为同时改善管件的壁厚减薄量过大和轴向变形不均匀提供了新的技术途径。为验证成形有效性,利用COMSOL软件构造了管件二维轴对称电磁-结构耦合模型,对比分析了有无凸形集磁器时径、轴向电磁力分布、轴向变形均匀性和壁厚减薄量变化,并研究了凸形集磁器内外壁高度对管件成形的影响。结果表明,相较于传统管件胀形,新成形方法下管件轴向变形均匀性提高了4.2倍,壁厚减薄量减小了33%。

变壁厚镁合金异型板变形均匀性优化设计

通过调控成形参数及结构参数能显著提升变壁厚异型板变形均匀性,保证构件在各方向的力学性能。以异型板的两个分流孔的直径、挤压成形用坯料厚度、成形温度与成形速度为设计变量,建立基于洛伦兹曲线与基尼系数的应变、晶粒尺寸及损伤值的目标函数,并结合成形载荷,建立多目标优化模型进行变形均匀性评估。结果表明:基于层次分析法得到了各因素相对合理成形工艺参数的权重及最优成形参数。试验验证表明,板挤压件成形饱满,显微组织均匀,且力学性能各向异性明显消除。显微组织调控后合金的力学性能均匀性提升,零件整体成形的变形均匀性与显微组织多指标调控有关。

5083铝合金变曲率零件的渐进成形壁厚均匀性研究

针对变曲率零件,采用5083铝合金材料进行了单点渐进成形壁厚均匀性研究。首先使用三维扫描仪获取零件模型数据,利用UG NX软件优化成形轨迹;其次建立有限元模型,分析加工层数、成形工具头直径、加工进给率、机床主轴转速对零件壁厚均匀性的影响规律,根据有限元分析结果选择正交试验因子进行机床加工试验;最后对试验结果进行极差分析,4种工艺参数中对壁厚均匀性影响最显著的是加工层数,最不显著的是机床主轴转速。按照工艺参数对零件壁厚均匀性影响大小的顺序排列得到使零件壁厚分布最均匀的最佳工艺参数组合。结果表明:数值模拟结果和试验结果与实物扫描数据的最大壁厚偏差率分别为1.898%、1.679%,最佳工艺参数组合可将零件的壁厚均匀性优化至84.67%。

球墨铸铁管壁厚均匀性工艺设备技术研究

研究了铸管壁厚均匀性的分类以及影响壁厚均匀性的主要原因。结合公司生产实际情况,通过规范扇形包形状尺寸的制作与修包标准,调整扇形包快翻包延时、快翻包速度和翻包返回延时,在离心机原有设备基础上增大流槽的斜度,以及在离心机插口处加装冷却装备来加强插口的冷却等多方面措施,降低铸管的负公差,提高铸管的壁厚均匀性,为后续优化铸管的壁厚均匀性,提供了一定的数据支撑。

厚壁空心微球的球形度和壁厚均匀性的表征研究

为建立高效简洁的厚壁空心微球球形度和壁厚均匀性的表征和测量方法,以内径850μm、壁厚25μm的厚壁聚苯乙烯(PS)微球为测量对象,分析球形度和壁厚均匀性的表征方法,探讨测量过程中采样方式对表征微球球形度和壁厚均匀性的影响。研究表明:对于批量微球球形度和壁厚均匀性的表征,当抽样数目不小于30时,测量结果之间的差异很小;而对于单一微球的球形度和壁厚均匀性的表征,至少3个不同投影面的测量结果的平均值才趋于稳定。不同投影面导致球形度或壁厚均匀性较差的批次样品的测量结果有一定差异,多次投影测量可提高测量结果的可靠性。

非均匀载荷下厚壁套管抗挤强度分析

非均匀地应力下套管柱强度设计须考虑非均匀载荷对其强度的影响,对此国内外众多学者进行了大量研究,并取得许多有益成果。但这些研究主要以径向的非均匀外载为边界载荷,没有考虑套管外壁受非均匀剪切力的作用;其次,对非均匀载荷下套管磨损、残余应力、不圆度和壁厚不均度等缺陷的影响未作考虑。为此,建立了厚壁套管受径向非均匀挤压和周向受非均匀剪切的力学模型,应用弹性力学逆解法进行了求解,分析了非均匀载荷下厚壁套管的应力分布规律。研究表明,非均匀载荷作用下沿最小水平地应力方向、套管的内壁是承载危险区。由此提出了非均匀载荷等效为均匀外挤载荷的方法,给出了含缺陷套管在非均匀载荷下抗挤强度的分析方法。

等壁厚螺杆钻具研制与现场试验

等壁厚螺杆钻具是近年来研制成功的一种新型螺杆钻具,具有单级密封压力高、转速低、扭矩大、曲率半径小、使用寿命长、耐高温和使用更加安全可靠等技术优势,适合在常规生产井、深井、斜井和定向井中使用,但国内刚处于试验研究阶段。在介绍等壁厚螺杆钻具国内外发展现状、基本结构与设计要点的基础上,指出了等壁厚螺杆的技术特点及与常规螺杆的主要区别,并在2个区块、相同井型进行了2种不同形式螺杆钻具的应用试验。现场数据分析表明,等壁厚螺杆钻具在不维修情况下,累计下井使用时间平均193h,比常规螺杆提高40%以上,机械钻速提高22%。等壁厚螺杆钻具的使用寿命比常规螺杆钻具长,且能有效提高机械钻速、缩短建井周期,可以推广应用。

大口径厚壁管热挤压过程中晶粒组织均匀性数值模拟

通过对Deform-3D软件二次开发,模拟研究了新型节镍奥氏体耐热钢21Cr-11Ni-N-RE大口径厚壁管热挤压过程中晶粒演变规律,并引入晶粒组织不均匀因子Z,评估了不同坯料预热温度、挤压速度、挤压比下晶粒组织均匀性。结果表明:增加坯料预热温度、提高挤压速度、增大挤压比均使得晶粒组织不均匀因子Z降低,即有利于提高晶粒组织均匀性。通过正交优化合理选择了热挤压参数,并实际获得了具有均匀晶粒组织的大口径厚壁管。晶粒组织的有限元模拟结果与实际测量值吻合较好,验证了有限元模型的正确性与可靠性。

钛合金环形管成形模具参数优化

在MSC/Superform有限元模拟软件和弹塑性有限元理论的基础上,建立了钛合金环形管成形过程的计算机模拟系统。选取阿基米德螺旋线为牛角芯模中心线设计模具,采用中频感应加热方法,对阿基米德常数、扩径比、弯曲角度等模具参数进行优化模拟。分析可得:(1)阿基米德螺线系数的合理选取能够保证获得较好的壁厚均匀性,模拟得到本工艺较佳系数为1.0;(2)扩径比太大,容易出现起皱、减薄等缺陷;扩径比偏小,腹部增厚、壁厚均匀性降低,本工艺合适的扩径比为1.33;(3)弯曲角度太小,弯管成形过程变形剧烈,成形后弯管的力学性能等不能较好满足要求;弯曲角度太大,变形过程平稳,但随着推制阻力的增大导致推制困难,本工艺较佳弯曲角度为40o。通过正交试验方法验证得到:在上述参数条件下可以获得壁厚均匀、耐高压、等强度的钛合金环形管。

5B02铝合金管件直角推弯成形壁厚均匀性

基于ABAQUS有限元软件平台建立5B02铝合金管件90°推弯成形有限元模型,并进行成形过程的有限元模拟。将模拟结果与实验结果进行对比,结果表明,两者形貌、弯曲部位壁厚分布一致,验证有限元模拟的可信性。通过分析不同成形阶段弯曲内侧与外侧的金属流动与应变场,揭示出5B02铝合金管件90°推弯成形后壁厚分布不均匀的机理。利用模拟方法对比研究内压大小(填料的弹性模量)对壁厚分布的影响,找出了有益于壁厚均匀分布的工艺条件,为实际生产中5B02铝合金管件经90°推弯工艺后壁厚均匀性的控制提供理论依据。

等壁厚螺杆钻具橡胶衬套失效研究

与常规壁厚螺杆钻具相比,等壁厚螺杆钻具以其输出功率大,输出扭矩稳定等优点获得业内认可。随着等壁厚螺杆钻具的逐步推广使用,等壁厚橡胶衬套失效问题也日益突出。橡胶衬套失效以后,螺杆钻具输出性能降低,使用寿命也减小,这对钻井速度和钻井效益都有较大影响。基于热力学原理、Principal strain疲劳算法,建立螺杆马达定转子数值模型,研究了井深、过盈量及粗糙度对橡胶衬套热力学行为的影响,并运用Fe-safe疲劳分析预测橡胶衬套寿命。研究结果表明,等壁厚橡胶衬套主要失效形式为疲劳失效;通过等壁厚与常规壁厚橡胶衬套对比分析可知,等壁厚橡胶衬套较常规壁厚橡胶衬套有更好的密封性能,且对静液柱压力敏感程度更低。对等壁厚橡胶衬套进行设计时,应重点考虑过盈量对橡胶衬套磨损的影响,以确保螺杆钻具安全高效工作。

聚丙烯酸相对分子质量对聚苯乙烯复合乳粒形变的影响

为了改善激光惯性约束聚变用厚壁聚合物空心微球球形度和壁厚均匀性,文中在外水相(W2)引入聚丙烯酸(PAA),对比了不同相对分子质量PAA(L-PAA,H-PAA)与传统界面改性剂聚乙烯醇(PVA)对复合乳粒形变的影响及作用机理。结果表明,PVA通过亲疏水基团可有效稳定直径900μm复合乳粒,但大幅度降低了油水界面张力,当乳粒直径增加,油相和内水相Laplace压力降低,变形增加,PVA对直径1900μm复合乳粒稳定性下降;与PVA体系相比,LPAA体系油水界面张力大,但黏度与PVA体系基本相同,导致乳粒形成时维持力大于剥离力,不利于乳粒形成,且LPAA分子链相对较短,空间位阻较小,复合乳粒易融合、合并;H-PAA分子链长,空间位阻较大,不仅对大小直径复合乳粒稳定效果明显,而且其油水界面张力大,有利于乳粒球形化,提高了高球形度PS微球的产率。

基于有限元和遗传算法的厚壁线圈均匀梯度磁场优化设计

以可产生较大磁场和梯度的厚壁型Maxwell线圈为研究对象,探讨了线圈的截面参数和间距对目标场梯度大小和均匀度的影响。基于传统厚壁型线圈设计思路的不合理性,采用COMSOL和MATLAB软件实现有限元计算和自适应混合遗传算法的混合编程,并以线圈体积作为优化目标函数,磁场梯度和均匀度作为约束条件,实现了厚壁Maxwell线圈结构参数的优化设计。保证了磁源体积最小的同时,使其在目标区域产生的磁场满足强度、梯度和均匀度等参数要求。

非均匀载荷下厚壁圆筒稳态蠕变应力的计算

根据多维应力下稳态蠕变的基础理论,采用应力函数法推导出一类外边界固定、内边界受非均匀载荷的厚壁圆筒稳态蠕变应力计算公式;分析了不同外内径比K下厚壁圆筒的蠕变应力和应力分布情况,证实最大蠕变应力发生在厚壁圆筒内边界最大受力处,厚壁圆筒的最大蠕变应力随着壁厚的增加呈现出先增加后减小的规律,且当K=1.58时蠕变应力最大。应用所得计算公式,针对工程中油膜轴承衬套因承受油膜压力而发生的蠕变问题进行了蠕变应力解析求解。通过蠕变拉伸试验,得到了衬套内壁材料的诺顿稳态蠕变本构方程,并根据蠕变系数,利用有限元分析软件ANSYS计算了衬套的蠕变应力。最后,比较了上述2种方法得到的蠕变应力,表明文中给出的计算方法与有限元方法所得结果吻合,验证了该解析算法的正确性,从而可以为厚壁圆筒的结构设计和多维蠕变应力解析求解提供理论依据。

中空制件凸缘高度对挤出吹塑和挤出吹塑-局部抽真空两种成型工艺的影响

以带凸缘的中空制件为研究对象,研究和分析了凸缘的高径比对挤出吹塑和挤出吹塑-局部抽真空两种成型工艺的影响,找到了合理的凸缘高径比值,为中空制件的设计提供了可靠的参数,对挤出吹塑和挤出吹塑-局部抽真空两种成型工艺进行比较,得出挤出吹塑-局部抽真空成型工艺能增大中空制件凸缘顶部壁厚,降低制件壁厚均方差,提高制件壁厚的均匀性,是一种优化中空制件壁厚分布的有效措施。

用以穿代轧工艺改造小型无缝机组

评述了自动轧管机在小型无缝机组中的作用,提出了与传统观念截然不同的看法:采用“以穿代轧”新工艺,可获得显著的经济效益和社会效益。

减小荒管壁厚不均的研究

研究了在自动轧管机上减小荒管壁厚不均的工艺方案。