封头是压力容器主要的承压部分,被广泛应用在大型加氢反应设备、煤液化反应设备以及核反应堆壳体等设备。传统的封头加工工艺容易产生拉裂、局部减薄等缺陷,并且现有的锻压设备无法满足制造超大直径封头的工艺要求,而内压胀形技术能够保证封头表面质量良好,壁厚均匀,对设备要求低,因此成为制造超大直径封头时为数不多可供选择的手段之一。本文基于钢板连铸连轧的技术思想和等体积变形的原则,在金属模具内铸造一个中心部位稍微凸起的Q235封头毛坯,其外径比最终封头直径大300mm,当毛坯冷却至900℃左右,将毛坯转移至内压胀形模具中进行正向拉伸与反向拉伸,利用材料的张力和内部流态介质的高压能量平衡使工件变形,当变形至封头最终尺寸时,封头在厚度方向的变形率与相应钢板轧制变形率相当。本文研究了封头内压胀形工艺并完成了相关设备的设计,其具体研究内容和结果如下:(1)研究了封头在不同成形过程中应力应变的变化和分布情况。利用有限元软件ABAQUS模拟了封头的正反内压胀形拉伸成型过程、单次内压胀形拉伸成型过程以及传统冲压成形过程,得到了封头在变形过程中应力应变的变化情况。结果表明:正反内压胀形变形过程几乎所有的内表面和圆角半径处承受最大等效应力,相比于单次内压胀形变形过程其等效应力分布更加均匀。相比于冲压成形过程,由于毛坯受力均匀,内压胀形得到的封头在圆角半径处没有出现褶皱和严重的拉伸变形现象。(2)研究了胀形次数对封头晶粒大小的影响。对封头的单次拉伸胀形和正反拉伸胀形的工件做了晶粒模拟,得到最终成型封头的平均晶粒分布和尺寸变化情况,结果表明:相比较单次胀形拉伸结果,正反拉伸胀形形成的晶粒分布更均匀,晶粒尺寸更小,最小平均晶粒大小为0.334μm。(3)研究了不同大小的模具圆角半径对封头质量的影响。数值模拟的结果显示:当模具圆角半径过小,局部应力和应变集中且急剧加大,并且等效应力分布不均匀;而当模具圆角半径过大,等效应力虽分布均匀,但毛坯整体的最大等效应变数值逐渐减小,不利于拉伸胀型,模具圆角半径选取300mm最为合适。(4)根据大型半球形封头内压胀形工艺特点及模拟结果设计了一套内压塑性成形装置,并对承受内压的部件进行强度和疲劳分析,结果表明该装置满足使用要求;同时分析和研究了该结构在旋转过程中其扭矩的变化情况和整个装置的振动情况,为后续驱动装置的设计选型提供参考。通过对大型封头内压胀形过程模拟结果的总结归纳,验证了内压胀形成型技术的可行性,对实际大型封头的生产制造具有一定的指导作用。