多本構(gòu)模型耦合的數(shù)值模擬方法及其在錐齒輪等溫鍛造過程中的應用.pdf

1、錐齒輪是一種齒頂呈圓臺形的齒輪，常成對使用，可改變傳動軸的方向，廣泛應用于機械傳動裝置中。由于其特殊的錐形結(jié)構(gòu)，錐齒輪特別適合采用鍛造方法生產(chǎn)，所生產(chǎn)出來的齒輪內(nèi)部組織連續(xù)、機械性能較好、壽命長，但傳統(tǒng)的鍛造方法依然存在設備及模具所受載荷過大、齒腔填充不飽滿、后續(xù)機械加工余量大等問題。而采用等溫鍛造方法，則是將模具加熱到與坯料相同或相近的溫度，伴以較低的變形速率，給予材料充足的時間發(fā)生動態(tài)回復與動態(tài)再結(jié)晶，從而顯著提高材料的流動性能，同

2、時減小模具所受的應力，所生產(chǎn)出的錐齒輪具有組織均勻、尺寸精度高等優(yōu)點。等溫鍛造作為一種錐齒輪的精密鍛造方法，能夠很好地提高鍛造錐齒輪的使用性能，因此具有重要的研究價值和實際意義。
　　數(shù)值模擬方法是研究金屬塑性成形過程的重要分析手段。對錐齒輪等溫鍛造過程進行數(shù)值模擬，可較準確地預測材料的變形情況及成形載荷等，從而大大降低產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。而確定材料的應力與應變、應變速率等變形參數(shù)之間的關系模型，即本構(gòu)模型，對于模擬結(jié)果的準確性具有非

3、常重要的影響。
　　本文針對20CrMnTi錐齒輪等溫鍛造過程，研究了多本構(gòu)模型耦合的數(shù)值模擬方法，對材料變形過程中所處的狀態(tài)進行區(qū)分，并分別采用不同的本構(gòu)模型。相比于使用單一而復雜的本構(gòu)模型，采用該方法可以使模擬結(jié)果更符合實際情況。
　　首先，針對錐齒輪零件進行了等溫鍛造成形工藝分析，利用UG軟件繪制了三維零件圖和鍛件圖，同時制定了錐齒輪等溫鍛造的生產(chǎn)工藝方案。
　　然后，以20CrMnTi等溫鍛造成形溫度為試驗溫度

4、，以不同的壓縮速率分別對其進行等溫壓縮試驗;對得到的數(shù)據(jù)分別進行了壓縮速率修正、光滑處理和行程修正;根據(jù)試驗結(jié)果中材料應力-應變曲線呈現(xiàn)的動態(tài)回復和動態(tài)再結(jié)晶特征，將材料變形過程分為硬化狀態(tài)、軟化狀態(tài)和穩(wěn)態(tài)，并分別構(gòu)建三種狀態(tài)下的本構(gòu)方程及其臨界點的參數(shù)方程;將三個本構(gòu)方程編寫為程序代碼，并嵌入到Deform子程序中，從而實現(xiàn)了基于多本構(gòu)模型耦合的Deform軟件二次開發(fā)。
　　隨后，使用得到的程序?qū)﹀F齒輪等溫鍛造過程進行數(shù)值模擬