熱鍛模模膛表面層溫度梯度的仿真分析及影響因素的研究.pdf

1、熱鍛模具是汽車、船舶、裝備制造業(yè)等支柱產(chǎn)業(yè)中重要的工藝裝備。工作中鍛模受到復(fù)雜而劇烈的載荷作用，壽命普遍偏低。前人研究發(fā)現(xiàn)，熱疲勞失效是引起鍛模失效的主要形式，熱負(fù)荷引起的熱應(yīng)力的大小直接決定了鍛模的熱疲勞壽命，而熱應(yīng)力產(chǎn)生的根本原因是熱鍛模表面層溫度變化劇烈且存在溫度梯度。因此，要提高熱鍛模壽命，就必須了解鍛模模膛工作過程中溫度梯度分布的情況。
　　 本文首先描述了熱鍛模表面層所受到的熱負(fù)荷及熱應(yīng)力，重點(diǎn)闡釋了熱應(yīng)力對(duì)鍛模熱疲

2、勞壽命的影響，指出研究鍛模表面層溫度梯度對(duì)提高模具壽命和研究多金屬熱鍛模的重要性。雖然前人對(duì)鍛模整體的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)已做了深入的研究，但在鍛模模膛表面層的溫度梯度分布及影響因素方面還沒有做過定量的分析。
　　 第二部分介紹了利用有限元模型對(duì)熱鍛模具工作過程中表面層的溫度場(chǎng)進(jìn)行熱力耦合分析的原理，并利用熱彈性基礎(chǔ)理論將鍛模表面層的受熱情況簡(jiǎn)化為一個(gè)一維傳熱的問題，推導(dǎo)得出表面層熱應(yīng)力與溫度梯度之間的關(guān)系，說明了在整個(gè)鍛造過程中，無

3、論是用均質(zhì)材料還是梯度多金屬材料，熱應(yīng)力的大小都與表面層的溫度梯度相關(guān)。
　　 第三部分作者以Deform有限元軟件為工具，以轎車前輪轂熱鍛模的終鍛模為模型，以0.1mm為基本單位重點(diǎn)細(xì)化了模膛表面層2mm以內(nèi)的網(wǎng)格，將鍛模模膛表面層劃分為四大危險(xiǎn)區(qū)域，定量的分析了各區(qū)域在第一次工作和連續(xù)工作時(shí)的溫度梯度分布的變化規(guī)律。
　　 第四部分通過對(duì)不同導(dǎo)熱系數(shù)，比熱容，預(yù)熱溫度，打擊速度，摩擦系數(shù)下溫度梯度的變化情況，揭示了影

4、響溫度梯度分布的材料熱物性參數(shù)和工藝參數(shù)，為合理的控制熱鍛模表面層的溫度提供了依據(jù)。
　　 最后介紹了多層金屬熱鍛模的概念及設(shè)計(jì)思路，按照前幾章所得到的溫度梯度的相關(guān)規(guī)律，對(duì)鍛模模膛表面層進(jìn)行了梯度分層的定量計(jì)算，并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的成分梯度變化的覆層的熱物性參數(shù)，對(duì)多層金屬熱鍛模具的工作過程進(jìn)行了仿真分析，發(fā)現(xiàn)多層金屬熱鍛模具可以降低表面層各區(qū)域的溫度及溫度梯度，且不同材料層界面間的畸變小，層與層之間可以平緩過渡。多層金屬熱鍛模