金屬環(huán)件熱輾擴(kuò)宏微觀變形三維熱力耦合有限元分析.pdf

1、金屬環(huán)件熱輾擴(kuò)是一個(gè)多因素耦合作用下的宏觀變形和微觀組織演變交互影響的復(fù)雜成形過程。研究熱力耦合作用和微觀組織演變規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)環(huán)件成形過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到精確控形和控性，是環(huán)件熱輾擴(kuò)成形前沿領(lǐng)域迫切需要解決的重要課題。為此，本文采用數(shù)值模擬，并與理論分析、試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對金屬環(huán)件熱輾擴(kuò)宏微觀變形過程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 建立了環(huán)件熱輾擴(kuò)三維熱力耦合剛粘塑性有限元模型，解決了材料模型、單元選取、網(wǎng)格、邊

2、界條件處理、摩擦、求解器和增量步長選取等關(guān)鍵問題，試驗(yàn)驗(yàn)證表明該模型是適用、可靠的。 基于DEFORM-3D 軟件平臺(tái)，將40Cr鋼的微觀組織演變計(jì)算模型與環(huán)件熱輾擴(kuò)宏觀有限元計(jì)算模型相集成，成功地實(shí)現(xiàn)了環(huán)件熱輾擴(kuò)過程的傳熱、變形和微觀組織演變的模擬。 對環(huán)件熱輾擴(kuò)過程傳熱、變形和微觀組織演變耦合進(jìn)行了模擬分析，揭示了環(huán)坯網(wǎng)格、等效應(yīng)變、溫度場的分布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)環(huán)坯塑性變形區(qū)經(jīng)歷了由局部小區(qū)域擴(kuò)展到環(huán)帶的過程，由外層和內(nèi)

3、層向中層移動(dòng)，外層和內(nèi)層為大變形區(qū)；環(huán)坯的溫度分布不均勻，高溫區(qū)在變形量較大的外層，低溫區(qū)首先在環(huán)坯與成形輥接觸的地方，隨后轉(zhuǎn)向內(nèi)層的棱邊，接著向外層棱邊處擴(kuò)展。 研究揭示了驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速、芯輥進(jìn)給速度、環(huán)坯初始溫度、摩擦因子等主要工藝參數(shù)對熱輾擴(kuò)成形中變形場、溫度場和輾擴(kuò)力的影響規(guī)律。結(jié)果表明，驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速及摩擦因子增大、芯輥進(jìn)給速度及環(huán)坯初始溫度減小，環(huán)坯的非均勻程度增大；芯輥進(jìn)給速度增大、環(huán)坯初始溫度及摩擦因子減小，環(huán)坯溫度非均