大型鍛件空洞缺陷的數(shù)值模擬研究.pdf

1、大型鍛件是國家核心設(shè)備組成的基本部件，在許多領(lǐng)域都發(fā)揮著舉足輕重的作用，其生產(chǎn)質(zhì)量水平在一定程度上反映了國家工業(yè)發(fā)展情況。大型鍛件具有投資大、批量少、品種多、制造周期長等特點，這制約著大型鍛件行業(yè)的快速發(fā)展。我國與國外發(fā)達國家大型鍛件行業(yè)發(fā)展有一定差距，尤其是高品質(zhì)、高重量的大型鍛件的生產(chǎn)無法滿足相關(guān)行業(yè)的發(fā)展需求。一些關(guān)鍵設(shè)備所需鍛件的重量、尺寸都在逐漸增加，這樣，如偏析、疏松、殘余縮孔、粗晶等缺陷在鋼錠中就越明顯，這將會從很大程度上

2、降低大型鍛件的產(chǎn)品合格率。因此，大型鍛件的鍛造過程，不僅僅是鍛件的成形過程，更重要的是修復(fù)缺陷、改善組織的過程。
　　大型鍛件尺寸大、重量大、生產(chǎn)成本高的特點決定了不易直接利用其進行鐓粗試驗。本文首先基于塑性有限元基本理論，分析及推導(dǎo)了大型鍛件內(nèi)部空洞缺陷演變模型以及閉合的判定準(zhǔn)則。然后，運用Deform-3D數(shù)值模擬軟件，對不同參數(shù)條件下的45號鋼圓柱體進行模擬分析。得到鍛件內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變分布、空洞閉合過程以及高徑比、空洞位置、

3、摩擦系數(shù)、溫度等參數(shù)對空洞閉合的影響，并通過對比驗證了結(jié)果的正確性。
　　研究結(jié)果表明:對于無空洞的圓柱體，圓柱體模型高徑比為1.6時，鍛件的橫向、軸向和對角線從中心到表面的各點，同一軸線上的點隨著離中心距離的變大，點附近的等效應(yīng)變逐漸減小，而對于同一點的等效應(yīng)變是隨著壓下率的增加而逐漸增大的，近似成一定的線性關(guān)系。鍛件鐓粗時，鍛件兩端會出現(xiàn)難變形區(qū)域，當(dāng)壓下率為25％左右時，就出現(xiàn)了現(xiàn)翹曲現(xiàn)象。隨著壓下率的增加，翹曲現(xiàn)象越明顯，

4、當(dāng)壓下率大于50％時容易產(chǎn)生裂紋。
　　空洞形狀變化可以從鐓粗模擬過程看出，經(jīng)過球形→橢球形→裂縫→細小裂紋→閉合的過程，并且空洞基本上是從空洞中心附近開始慢慢貼合，且逐步擴展到空洞的兩個側(cè)邊，當(dāng)壓下率到空洞臨界閉合值時，空洞會全部閉合;通過分析空洞周圍點的應(yīng)力、應(yīng)變大小和分布特點，可以看出空洞在閉合時，空洞附近的應(yīng)力應(yīng)變會發(fā)生劇烈變化，空洞會閉合，但不是晶體組織上的焊合。
　　鍛件高徑比在1附近時，是空洞的最佳閉合條件，空