大型鍛件的制造是重大技術(shù)裝備制造的關鍵技術(shù)之一,其質(zhì)量直接影響到成套設備的整體水平和運行可靠性。大型厚壁封頭是核電、化工等設備的重要零件之一、是壓力容器的主要承壓部件,不僅其尺寸大,而且形狀也越來越復雜。如CAP1400橢圓形封頭就是其中的典型,這種封頭外徑6米多,平面展開尺寸達8米多,其整鍛成型對大型鍛造裝備和工藝都帶來了更高的要求。它具有技術(shù)條件要求高、制造工藝難度大、工序復雜及生產(chǎn)周期長等特點。長期以來,盡管眾多學者對封頭成型做了大量研究,但還沒有科學地給出成形過程中的規(guī)律。本文采用塑性加工有限元數(shù)值模擬及試驗相結(jié)合的研究方法,就大型厚壁橢圓封頭的熱沖壓成形鍛造工藝進行研究。本文通過理論計算研究大型厚壁封頭熱成形理論;分析大型厚壁封頭成形過程關鍵影響因素,包括:板坯尺寸、成形力、模具形線參數(shù)、摩擦等。確定橢圓封頭鍛件工藝初步設計。本文以MARC作為有限元分析軟件,通過熱力耦合數(shù)值模擬計算分析大型厚壁封頭成形過程中等效應力、應變、接觸正應力、壁厚分布以及金屬流動變化規(guī)律等信息。結(jié)果表明,沖壓成形過程中,在封頭底部球面部分,壁厚整體減薄,減薄率約在2~4%;在過渡區(qū)壁厚由減薄過渡到增厚,增厚速率受多種因素影響,減薄部位出現(xiàn)在球面區(qū)域口部過渡區(qū)域;在封頭口部位置,鍛件是增厚的,存在較嚴重縮口現(xiàn)象。本文通過數(shù)值模擬計算分析了封頭成形過程中不同上下模具形線參數(shù)對封頭熱沖壓成形過程中的壁厚、貼膜性能、減薄率等影響規(guī)律。根據(jù)模擬結(jié)果分析確定了上下模具尺寸形狀參數(shù)及其它工藝參數(shù)。在此基礎上,對優(yōu)化的模具尺寸參數(shù),確定封頭鍛件成形方案并進行了試驗研究,并與數(shù)值模擬計算結(jié)果進行了比較分析,結(jié)果表明,與有限元數(shù)值模擬結(jié)果較吻合,為實際生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。