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不同材料热锻模温度场、应力场的模拟及分析

作　者: 张中圣
导　师: 王华昌
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 热锻模不同材料热应力温度场应力场
分类号: TG315.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

热锻模是锻造工业中重要的工艺装备,在其工作过程中要同时承受周期性的热负荷和机械负荷。这两种负荷分别产生热应力和机械应力。前人研究发现,由温度场的变化引起的热应力是造成热锻模损伤失效的主要原因。因此,要提高热锻模的寿命,就必须解决热应力的问题。本文首先从理论上分析了影响热锻模热应力大小的因素。发现热锻模温度场的变化影响热应力的大小,主要的影响因素包括锻模工作过程中的工艺参数以及锻模所选取材料的物性参数(主要包括弹性模量,线膨胀系数,导热系数以及比热容)。其中锻模材料的物性参数对热应力场的影响前人有了一定总结。但是具体结合不同物性参数的材料进行模拟比对,分析其对温度场,应力场的实际差异还未曾受到人们的重视。笔者以轿车前轮毂热锻模的终锻模为原型,DEFORM-2D有限元软件为工具,对热锻模不同取材进行了仿真的模拟,得到了不同物性参数材料的热锻模连续工作的应力场和温度场。文中定义热锻模连续工作到热平衡状态的温度场为连续工作的温度场。热平衡状态下的应力场为连续工作的应力场。分析对比不同物性参数的材料,轮毂热锻模连续工作的温度场以及应力场的模拟结果验证了;弹性模量和线膨胀系数变化曲线的整体上移对锻模综合应力的影响表现在使锻模的几何量(如体积和尺寸)发生变化,从而影响作用在锻模上的综合应力。导热系数和比热容变化曲线的整体上移对锻模综合应力的影响表现在模锻的热量交换过程中使锻模内部温度梯度发生变化,使得不同物性材料表现出不同的温度场进而影响作用在锻模上的综合应力。本文通过大量的模拟试验比对,将物性参数对热锻模性能的影响由理论转换得更为直观,从而为后续热锻模功能梯度材料的研制提供了有效的模拟依据,相信对提高热锻模的寿命有促进作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 引言  9-11
    1.1.1 模具工业的重要地位  9-10
    1.1.2 热锻模的现状  10-11
  1.2 热锻模寿命研究中的问题  11-13
  1.3 本文研究的内容及意义  13-14
  1.4 本章小结  14-15
第2章热锻模OEFORM模拟的建立  15-25
  2.1 引言  15
  2.2 热锻模工作过程中所受的负荷及其产生的影响  15-19
    2.2.1 热负荷及其产生的影响  15-17
    2.2.2 机械负荷及其产生的影响  17-19
  2.3 多金属材料热锻模理论  19-20
  2.4 DEFORM软件介绍  20-21
  2.5 算例  21-24
  2.6 本章小结  24-25
第3章不同材料热锻模温度场的模拟  25-44
  3.1 热锻模的温度场  25-33
    3.1.1 锻模的温度场  25-26
    3.1.2 锻模温度分布与传递特性  26-33
  3.2 模拟第一次工作循环不同材料锻模的温度场  33-37
  3.3 不同材料连续工作时温度场  37-42
    3.3.1 第二次工作循环的温度场  37-38
    3.3.2 不同材料锻模连续工作时温度场差异的分析  38-39
    3.3.3 锻模温度波动区和梯度区的划分  39-42
  3.4 工艺参数对锻模连续工作温度场的影响  42-43
    3.4.1 锻模预热温度对温度场的影响  42
    3.4.2 锻模工作节拍对温度场的影响  42-43
    3.4.3 工件留模时间对温度场的影响  43
  3.5 本章小结  43-44
第4章不同材料热锻模应力场的模拟  44-56
  4.1 热锻模的应力  44-49
    4.1.1 热锻模的热应力  44-49
    4.1.2 锻模的机械应力  49
    4.1.3 锻模的综合等效应力  49
  4.2 轮毅锻模应力场的模拟  49-51
  4.3 不同锻压阶段应力场的变化情况  51-53
  4.4 不同材料连续工作时的应力场的分析  53-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章结论与展望  56-58
  5.1 结论  56-57
  5.2 展望  57-58
参考文献  58-61
致谢  61-62
攻读硕士学位期间发表的论文  62

不同材料热锻模温度场、应力场的模拟及分析

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