大口径超薄壁筒减薄旋压成形工艺研究及壁厚误差预测

论文摘要

大口径超薄壁屏蔽套是第三代核电机组系统内核主泵的关键部件,其尺寸精度、力学性能和耐腐蚀性能直接影响到核电机组的工作效率与反应堆的安全。因此,研究屏蔽套的成形方法,加工出满足尺寸要求的高质量屏蔽套,对确保反应堆的安全性、提高反应堆功率具有重要意义。本文首先在研究分析薄壁筒形件减薄旋压工艺和镍基合金哈氏C-276材料特性的基础上,建立了大口径超薄壁筒形件减薄旋压（反旋）的有限元模型,并利用MSC.marc对减薄旋压过程进行了数值模拟,模拟结果揭示了工件应力应变分布状态,以及旋轮形状、减薄率、进给率、摩擦系数、工件与芯模间隙量等工艺参数对工件壁厚误差的影响规律。随后利用正交试验设计方法,为减薄旋压实验进行了参数初选。随后结合数值模拟与正交试验结果,对镍基合金C-276大口径超薄壁筒形件进行了减薄旋压实验,获得了壁厚0.42mm,内径557mm,长1200mm的筒形件,壁厚误差小于±0.03mm,表面粗糙度6-10μm,直径误差为±0.1mm,符合精度要求。同时对工件进行了拉伸实验、金相检查及耐腐蚀实验,工件力学性能和耐腐性能都满足屏蔽套使役条件。本文最后建立了以减薄旋压工艺参数为输入、壁厚误差为输出的BP神经网络模型,以实验和数值模拟数据为样本集对网络进行了训练,获得了镍基合金超薄壁大直径筒形件减薄旋压壁厚误差的预测模型,实现对壁厚误差的预测,通过与实验结果带的对比验证了模型具有较高的预测精度。通过本文的研究,丰富了超薄壁大直径筒形件减薄旋压工艺的内容,壁厚误差预测模型的建立具有一定的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 课题来源
• 1.2 旋压技术概述与国内外发展现状
• 1.2.1 旋压技术概述
• 1.2.2 旋压技术发展现状
• 1.3 数值模拟技术用于旋压成形发展概述
• 1.4 人工神经网络用于塑性成形发展概况
• 1.5 本课题研究的意义及研究内容、研究思路
• 1.5.1 课题研究意义
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 研究思路
• 第二章 大口径超薄壁筒形件减薄旋压数值模拟研究
• 2.1 数值模拟理论基础与模型建立
• 2.1.1 非线性问题的有限元法
• 2.1.2 弹塑性材料行为的描述
• 2.1.3 弹塑性材料屈服准则
• 2.1.4 弹塑性材料流动准则
• 2.1.5 大口径超薄壁筒形件减薄旋压有限元模型的建立
• 2.2 数值模拟结果与分析
• 2.2.1 大口径超薄壁筒形件减薄旋压应力分析
• 2.2.2 大口径超薄壁筒形件减薄旋压变形区应力应变分析
• 2.3 大口径超薄壁筒形件减薄旋压平面有限元模型数值模拟研究
• 2.3.1 大口径超薄壁筒形件减薄旋压平面有限元模型的建立
• 2.3.2 旋轮参数对大口径超薄壁筒形件减薄旋压壁厚误差的影响
• 2.3.2.1 旋轮圆角半径对壁厚误差的影响
• 2.3.2.2 旋轮成形角对壁厚误差的影响
• 2.3.3 主要工艺参数对大口径超薄壁筒形件减薄旋压壁厚误差的影响
• 2.3.3.1 减薄率对壁厚误差的影响
• 2.3.3.2 进给率对壁厚误差的影响
• 2.3.3.3 芯模与毛坯间摩擦系数对壁厚误差的影响
• 2.3.3.4 芯模与毛坯间隙量对壁厚误差的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 大口径超薄壁筒形件减薄旋压实验研究
• 3.1 减薄旋压正交实验设计
• 3.1.1 正交实验法简介
• 3.1.2 正交表基本概念
• 3.1.3 课题正交实验设计
• 3.2 大口径超薄壁筒形件减薄旋压实验
• 3.2.1 实验材料与工艺装备
• 3.2.2 实验结果
• 3.2.3 旋压实验中的失稳现象分析及应对措施
• 3.3 大口径超薄壁筒形旋压件性能研究
• 3.3.1 实验方法
• 3.3.2 实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 超薄大直径筒形件减薄旋压壁厚误差预测
• 4.1 BP神经网络基本理论
• 4.1.1 BP神经网络应用于减薄旋压
• 4.1.2 BP神经元及BP网络结构
• 4.1.3 BP网络学习算法
• 4.2 基于BP神经网络对壁厚误差的预测
• 4.2.1 问题的描述
• 4.2.2 BP神经网络模型的建立
• 4.2.3 BP神经网络预测模型
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果