[发明专利]一种热交换器板片的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于机械设计与制造技术领域，涉及一种热交换器板片的制作方法。

背景技术

热交换器板片广泛应用于石油化工、航空航天、热电核电、食品制药等行业的热交换器、空冷器、空气预热器、蒸发器等设备。随着设备的大型化，热交换器板片的加工制造出现了诸多问题，如板片的局部出现严重减薄、开裂、翘曲等成形缺陷，而热交换器板片成形质量的下降，导致模具的返修频率增加，模具的报废几率也随之增大。

目前热交换器板片的设计仍然采用传统的设计方法，即依次经过板型设计、模具设计、制造模具、试制板片、改造模具等阶段，直至制造出合格的板片。但在改造模具阶段，由于过分依靠操作者的经验技能，缺少必要的技术支持，存在着较大的盲目性，稍有不慎就可能造成模具的报废。同时，需要反复试制样板、修改模具，造成热交换器板片的开发周期被延长。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种热交换器板片的制造方法，以取代传统的制造方法，减少设计中的盲目性，避免模具的报废，缩短热交换器板片的开发周期。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种热交换器板片的制造方法，该制造方法是将传统方法中的试制样板和改造模具两个环节集成为数字制造环节，通过模拟冲压制作过程，在设计阶段预测和评估热交换器板片的加工性能和使用性能，该制造方法具体按以下步骤进行：

步骤1：根据对热交换器板片的参数要求和限制条件，建立制造该热交换器板片的材料数据库，并进行材料成型性能试验；

步骤2：根据原始板型的设计数据建立步骤1中热交换器板片的3D模型及制造该热交换器板片所需的上模具3D模型和下模具3D模型；

步骤3：建立标准试样数据库，该数据库用于存储测试规范，包括各种测试条件及与之相关的测试标准；以软件LSprepost作为后处理模块，通过导入CAE分析模块结果文档，提取有关数据；

步骤4：采用LS-DYNA软件和步骤2中建立的上模具3D模型和下模具3D模型，对热交换器板片的冲压过程进行模拟，分析板片的成型性能，并与步骤3中建立的标准试样数据库进行对比，分析模拟冲压过程中板片的缺陷，分析判断模拟结果是否与测试规范相符，若不相符合，则调整步骤2中建立的上模具3D模型和下模具3D模型的拓扑结构及局部部位的几何尺寸，调整完后再次进行分析及模拟测试，如此反复运作，直到模拟结果完全符合测试规范为止。

步骤5：将步骤4中模拟结果完全符合测试规范的热交换器板片对应模具的各种参数输出；

步骤6：根据步骤5中输出的模具的各种参数，制造模具。

所述步骤1中的参数要求包括热交换器板片所用材料的物理、化学及机械性能数据。

所述步骤1中的限制条件是根据测试标准、在实施测试规范的基础上提出的相对严格的测试条件，包括1)在压力机上通过实验获得板片与模具的静摩擦系数及滑动摩擦系数；2)通过杯凸试验，获取板片材料的冲压成型性能数据；3)用螺旋测微仪测量板材的厚度；4)通过金相实验，分析成型板片的微观组织。

所述步骤1中建立的材料数据库存贮的主要项目有：静摩擦系数及滑动摩擦系数、杯凸试验数据、板材厚度、金相试验数据。

所述后处理模块是CAE分析模块对板片成型性能参照的主要指标，开发CAE分析模块的基本步骤：

进入软件ANSYS LS-DYNA，打开步骤2所保存的文档建立有限元模型；

(1)定义单元：选择壳单元，设定单元的属性为能正确计算翘曲情况的单点积分单元；

(2)定义实常数：将板片的实际厚度定义为单元的实常数；

(3)定义材料：定义材料1为刚性材料，限制除上、下模具法线方向外其它方向的自由度；定义材料2为双线性各向同性材料；定义材料3为刚性材料，限制所有方向的自由度。

(4)网格划分：将上模材料定义为材料1后划分网格，将胚料材料定义为材料2后划分网格，将下模材料定义为材料3后划分网格；

(5)生成PART：选择所有模型，分别生成各自的PART，即上模为PART1、胚料为PART2、下模为PART3；

(6)定义接触：在冲压模拟中，将所有接触定义为面面接触；接触对的定义：一个接触对的接触面为PART2、目标面为PART1，另一个接触对的接触面为PART2、目标面为PART3；根据实验数据，设定静摩擦系数及滑动摩擦系数；

(7)施加载荷：本发明所施加的载荷为位移载荷，位移量为上、下模具间的距离减去胚料的厚度。