熱鍛模模膛表層材料溫度分布的模擬研究.pdf

1、熱鍛模具在金屬塑性成形，特別是難變形金屬的成形過程中起著十分重要的作用。然而熱鍛模連續(xù)工作時因承受周期性的機械載荷和高溫熱載荷，工況惡劣，模具壽命都不長。已有研究指出，鍛模失效主要是模膛表面的溫度應力引起的。由于鍛模表面層的溫度應力幅值很大，可能大大超過模具材料的屈服應力，產生低周期的熱疲勞變形，導致鍛模塑變失效。要從根本上提高熱鍛模的壽命，必須打破傳統(tǒng)均質材料的局限，進行熱鍛模材料設計。
　　 本研究以熱鍛模表層材料設計入手，

2、對H13鋼均質模具材料以及SiCp/Inconel625模具表層材料進行了溫度場模擬。
　　 第一部分首先介紹了熱鍛模的發(fā)展現狀，突出說明了熱鍛模存在制造成本高、使用壽命低的問題。闡述了熱鍛模的失效形式和影響使用壽命的主要因素。分析認為熱鍛模損傷失效的主要原因是模膛表面層的溫度應力，據此提出了熱鍛模材料的理想結構。
　　 欲合理設計熱鍛模具材料，必須了解鍛造過程中熱鍛模表面層溫度分布及載荷加載情況，找到熱鍛過程的數學模型

3、及理論依據。第二部分介紹了熱鍛成型的熱力學基礎理論，闡述了鍛模熱傳導的微分方程及初始與邊界的計算條件。結合熱鍛的機械耦合作用，進一步說明鍛模材料的熱機械理論。
　　 第三部分介紹利用Deform有限元軟件研究在不同的熱鍛工藝、材料物性和輪廓曲率條件下模具模膛表面層的溫度分布，以模具表面所達到的最高溫度T(℃)和熱滲透深度H(mm)來預測熱鍛模的損傷方式及范圍，并通過利用OrginPro軟件進行數據擬合，找出其變化規(guī)律，得到有效結

4、論。
　　 第四部分介紹以轎車前輪轂熱鍛模的終鍛模為模型，詳細分析了鍛造過程中熱鍛模模膛表面和近表面層的溫度梯度和溫度波動情況，結合其工作性質及溫度應力，從理論上對多層金屬熱鍛模具的材料進行了如下選擇和設計：
　　 (1)處于溫度平衡區(qū)和散熱區(qū)的熱鍛?；w選用為H13鋼(5CrNiMo)；
　　 (2)處于耐熱區(qū)的熱鍛模近表層選用耐熱高速鋼(W6Mo5Cr4V2)堆焊覆層；
　　 (3)處于耐熱區(qū)的熱鍛模

5、表層選用SiCp陶瓷/Inconel625鎳基合金噴焊覆層。
　　 通過在均質熱鍛模型的基礎上建立多層金屬熱鍛模型，對W6Mo5Cr4V2及SiCp/Inconel625覆層的耐熱區(qū)材料進行熱鍛過程仿真，得到多層金屬熱鍛模的溫度分布；并在變物性參數推定的基礎上，考慮材料變物性對多層會屬熱鍛模具表面層的溫度分布影響，以此來表明多層金屬熱鍛模具可有效降低熱鍛模具表層的溫度、減小模膛溫度波動幅值，從而提高熱鍛模具的使用壽命。