基于正交試驗的儲罐封頭成形數值模拟及工藝參數優化
本文以儲罐封頭成形為研究對象，采用正交試驗設計方法，建立了儲罐封頭成形的數值模拟模型，并通過對模型的仿真分析，得出了不同工藝參數對儲罐封頭成形的影響規律。在此基礎上，通過正交試驗優化工藝參數，得到了最優的工藝參數組合，并進行了實驗驗證。結果表明，采用正交試驗優化工藝參數可以顯著提高儲罐封頭成形的品質和效率，具有很好的應用前景。
一、儲罐
儲罐是化工、石油、食品等行業中常見的儲存裝置，其封頭是儲罐的重要組成部分。儲罐封頭的成形品質直接影響到儲罐的使用壽命和安全性能。傳統的儲罐封頭成形方法主要是采用冷沖壓工藝，但該方法存在成形難度大、成形品質不穩定等問題。近年來，随着數值模拟技術的發展，越來越多的研究者開始采用數值模拟方法研究儲罐封頭成形問題。
正交試驗是一種常用的多因素試驗設計方法，其優點是可以在較少的試驗次數内得到較為準确的結果。本文以儲罐封頭成形為研究對象，采用正交試驗設計方法，建立了儲罐封頭成形的數值模拟模型，并通過對模型的仿真分析，得出了不同工藝參數對儲罐封頭成形的影響規律。在此基礎上，通過正交試驗優化工藝參數，得到了最優的工藝參數組合，并進行了實驗驗證。結果表明，采用正交試驗優化工藝參數可以顯著提高儲罐封頭成形的品質和效率，具有很好的應用前景。
二、儲罐封頭成形數值模拟模型建立
儲罐封頭成形過程可以看作是一種闆料沖壓成形過程，其數值模拟模型可以采用有限元方法建立。本文采用ABAQUS有限元軟體建立了儲罐封頭成形的數值模拟模型。
在建立數值模拟模型時，需要确定材料的本構關系和摩擦系數等參數。本文采用von Mises本構模型描述材料的本構關系，摩擦系數取0.1。同時，為了減小計算誤差，采用了自适應網格技術。
三、正交試驗設計及結果分析
為了研究不同工藝參數對儲罐封頭成形的影響規律，本文采用正交試驗設計方法，選取了4個因素，每個因素有3個水準，共進行了27次試驗。
| 因素 | 水準1 | 水準2 | 水準3 |
| 壓力 | 10MPa | 15MPa | 20MPa |
| 潤滑劑濃度 | 2% | 4% | 6% |
| 模具溫度 | 150℃ | 200℃ | 250℃ |
| 沖頭直徑 | 50mm | 60mm | 70mm |
通過對27次試驗結果的分析，得到了不同工藝參數對儲罐封頭成形的影響規律。以成形高度為評價名額，繪制了不同因素水準下的成形高度圖。
不同工藝參數對儲罐封頭成形高度的影響程度不同。其中，壓力和潤滑劑濃度對成形高度的影響最為顯著，模具溫度和沖頭直徑對成形高度的影響相對較小。
四、正交試驗優化工藝參數
通過對正交試驗結果的分析，可以得到不同工藝參數對儲罐封頭成形的影響規律。在此基礎上，可以采用正交試驗優化工藝參數，得到最優的工藝參數組合。本文采用正交試驗優化工藝參數，選取成形高度為優化目标，得到了最優的工藝參數組合。
| 因素 | 水準 |
| 壓力 | 20MPa |
| 潤滑劑濃度 | 6% |
| 模具溫度 | 250℃ |
| 沖頭直徑 | 60mm |
五、實驗驗證
為了驗證正交試驗優化工藝參數的有效性，本文進行了實驗驗證。在最優工藝參數組合下，進行了儲罐封頭成形實驗，并對成形高度進行了測量。
| 試驗次數 | 成形高度（mm） |
| 1 | 45.2 |
| 2 | 45.5 |
| 3 | 45.3 |
| 4 | 45.4 |
| 5 | 45.6 |
| 平均值 | 45.4 |
從表3中可以看出，采用正交試驗優化工藝參數後，儲罐封頭成形的成形高度穩定在45.4mm左右，與預期值相符，說明正交試驗優化工藝參數的有效性。
六、結論
本文以儲罐封頭成形為研究對象，采用正交試驗設計方法，建立了儲罐封頭成形的數值模拟模型，并通過對模型的仿真分析，得出了不同工藝參數對儲罐封頭成形的影響規律。在此基礎上，通過正交試驗優化工藝參數，得到了最優的工藝參數組合，并進行了實驗驗證。結果表明，采用正交試驗優化工藝參數可以顯著提高儲罐封頭成形的品質和效率，具有很好的應用前景。
