本文關(guān)鍵詞：葉片模具服役中溫度、應(yīng)力及磨損過程模擬仿真與分析

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【摘要】：葉片形狀復(fù)雜,通常是由不銹鋼或鎳基材料制成。不銹鋼、鎳基合金熱膨脹系數(shù)大,導(dǎo)熱能力小,高溫變形難。為強(qiáng)迫該類材料變形,需用較大能量的鍛壓設(shè)備,加熱較高溫度,增加變形時間。和常用汽車鍛件模具相比,葉片熱鍛模具的使用環(huán)境更加惡劣,導(dǎo)致其使用壽命普遍不高。為了能更好地研究熱鍛模具負(fù)荷情況,本文使用成形分析軟件有限元軟件對葉片熱鍛模具在鍛壓全過程進(jìn)行溫度場、應(yīng)力場以及磨損量分布進(jìn)行模擬。研究發(fā)現(xiàn)葉片坯料在葉根及葉冠處最先發(fā)生變形,且這些區(qū)域所對應(yīng)的型腔在鍛造結(jié)束時溫度升高的幅度最大,而葉身中部溫度變化幅度則較小。在鍛造過程,從葉身中部型腔到橋部,等效應(yīng)力逐漸降低。較大應(yīng)力分布區(qū)域為葉身與葉根連接處所對應(yīng)的型腔。整個熱鍛過程中,磨損先出現(xiàn)在葉根與葉身連接處所對應(yīng)的型腔,最大磨損量和最大磨損率出現(xiàn)在橋部位置。本文模擬分析了不同工藝參數(shù)(即模具的預(yù)熱溫度、上模的下壓速度,工件與模具之間的摩擦因子)對熱鍛模具溫度場、應(yīng)力場以及磨損量分布的影響。當(dāng)模具預(yù)熱溫度上升時,下模在鍛造完成時的溫度會隨之升高,下模溫度上升的幅度越小,下模型腔的等效應(yīng)力將隨之下降。上模下壓速度越快,鍛造過程耗時越短,下模型腔表面溫度也就隨之下降,而下模型腔表面的等效應(yīng)力會隨上模的下壓速度的增大而增大。當(dāng)葉片坯料與下模之間的摩擦因子增大時,下模型腔的溫度略有升高;而當(dāng)摩擦因子增大時,下模型腔的等效應(yīng)力隨之增大,且增大幅度較大。研究發(fā)現(xiàn),在熱鍛過程中,葉片金屬流動速度的變化是對模具表面磨損量和磨損率的變化產(chǎn)生影響的主要因素。模具預(yù)熱溫度的升高會使模具終鍛最高溫度與葉片坯料金屬流動速度均呈增大,并且過高的預(yù)熱溫度會導(dǎo)致潤滑劑的性能有所下降,增大模具的磨損量,在保證模具具有足夠硬度和韌性的情況下,應(yīng)盡量降低模具預(yù)熱溫度;上模下壓速度的增大會導(dǎo)致模具與坯料之間的熱交換與磨擦情況發(fā)生變化:上模下壓速度較慢時,導(dǎo)致模具與坯料熱交換時間較長,模具表面熱效應(yīng)嚴(yán)重,造成磨損;當(dāng)上模下壓速度較快時,模具表面摩擦開始加劇,造成磨損,應(yīng)適當(dāng)控制成形速度,以保證模具的壽命;下模與葉片坯料表面之間的摩擦因子對模具的磨損量影響較大,摩擦因子較小時,摩擦因子增大會阻礙葉片坯料金屬流動,導(dǎo)致磨損量下降;但摩擦因子較大時,模具與坯料表面的摩擦逐漸加劇,葉片金屬流動速度又開始提高,同時模具表面溫度也比較高,導(dǎo)致模具磨損量增大。此研究分析得到的葉片模具在鍛壓全程的應(yīng)力、溫度及磨損數(shù)據(jù),可進(jìn)一步用于進(jìn)行模具堆焊修復(fù)的指導(dǎo)等。
【關(guān)鍵詞】：葉片熱鍛模具 數(shù)值模擬 模具失效 溫度場與應(yīng)力場分析 磨損量分析
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG315.2;V263
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 引言14-15
• 1.2 葉片熱鍛模具常見失效形式15-17
• 1.2.1 斷裂失效15
• 1.2.2 磨損失效15-16
• 1.2.3 塑性變形失效16
• 1.2.4 熱疲勞失效16
• 1.2.5 葉片熱鍛模具失效資料收集16-17
• 1.3 葉片鍛造數(shù)值模擬技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展17-20
• 1.3.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展17-19
• 1.3.2 葉片鍛造數(shù)值模擬技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀存在的問題19-20
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線20-22
• 1.4.1 課題主要研究內(nèi)容20-21
• 1.4.2 課題研究技術(shù)路線21-22
• 第二章 葉片成形過程模具溫度、應(yīng)力及磨損模擬基本理論22-37
• 2.1 前言22
• 2.2 熱鍛模具的溫度場22-23
• 2.2.1 鍛模熱傳導(dǎo)微分方程22
• 2.2.2 初始條件和邊界條件22-23
• 2.3 熱鍛模具的應(yīng)力23-24
• 2.3.1 熱鍛模具的熱應(yīng)力23
• 2.3.2 熱鍛模具的機(jī)械應(yīng)力23
• 2.3.3 熱鍛模具的綜合等效應(yīng)力23-24
• 2.4 剛塑性有限元理論簡介24-25
• 2.4.1 概述24
• 2.4.2 剛塑性材料的基本假設(shè)24
• 2.4.3 剛塑性材料的基本方程[54-56]24-25
• 2.5 模具磨損基本理論25-31
• 2.5.1 模具界面接觸25-26
• 2.5.2 磨損類型26
• 2.5.3 磨損過程26-27
• 2.5.4 磨損計算模型27-30
• 2.5.4.1 磨損量的定義27-28
• 2.5.4.2 磨損計算模型28-30
• 2.5.5 磨損有限元理論基礎(chǔ)30-31
• 2.5.5.1 Mises屈服準(zhǔn)則30
• 2.5.5.2 接觸法則30
• 2.5.5.3 靜力隱式求解法30-31
• 2.6 模具磨損的影響因素31-32
• 2.7 葉片熱鍛模具工況條件及特點(diǎn)32-33
• 2.7.1 葉片成形鍛造設(shè)備32
• 2.7.2 葉片熱鍛模具工況特點(diǎn)32-33
• 2.8 葉片熱鍛模具結(jié)構(gòu)及性能要求33-37
• 2.8.1 葉片結(jié)構(gòu)及其材料力學(xué)性能33-34
• 2.8.2 葉片模具結(jié)構(gòu)及模具鋼性能34
• 2.8.3 葉片模具加工工藝34-36
• 2.8.4 葉片模具使用性能要求36-37
• 第三章 葉片熱鍛模具應(yīng)力場、溫度場數(shù)值模擬分析與實驗研究37-55
• 3.1 引言37
• 3.2 建立有限元模型37-39
• 3.2.1 幾何模型的導(dǎo)入37-38
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分38-39
• 3.2.3 模擬參數(shù)設(shè)置39
• 3.3 模具溫度場分析39-41
• 3.4 模具應(yīng)力場分析41-43
• 3.5 模具應(yīng)力場、溫度場數(shù)值模擬與模具實際失效對比實驗43-46
• 3.6 葉片模具變形與開裂失效機(jī)制實驗研究46-54
• 3.6.1 葉片模具斷裂失效檢測分析46-51
• 3.6.1.1 化學(xué)成分檢測分析46
• 3.6.1.2 開裂失效模具檢測分析46-48
• 3.6.1.3 開裂模具顯微組織觀察48-50
• 3.6.1.4 斷口微觀觀察50-51
• 3.6.2 葉片模具開裂失效分析51-53
• 3.6.2.1 材料因素分析51
• 3.6.2.2 微觀組織分析51-52
• 3.6.2.3 模具應(yīng)力分析52-53
• 3.6.3 模具斷裂失效預(yù)防措施53-54
• 3.7 本章小結(jié)54-55
• 第四章 不同工藝參數(shù)下模具的應(yīng)力場、溫度場數(shù)值模擬實驗55-64
• 4.1 引言55
• 4.2 預(yù)熱溫度對模具溫度場、應(yīng)力場的影響55-58
• 4.3 上模下壓速度對模具溫度場、應(yīng)力場的影響58-60
• 4.4 摩擦因子對模具溫度場、應(yīng)力場的影響60-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第五章 葉片熱鍛模具的磨損模擬分析與實驗研究64-78
• 5.1 引言64
• 5.2 建立有限元模型64-66
• 5.2.1 幾何模型的導(dǎo)入64-65
• 5.2.2 網(wǎng)格劃分65-66
• 5.2.3 模擬參數(shù)設(shè)置66
• 5.3 模具磨損量分析66-68
• 5.4 模具磨損率分析68-69
• 5.5 磨損量影響因素分析69-73
• 5.5.1 模具表面溫度分析69-70
• 5.5.2 模具表面應(yīng)力分析70-71
• 5.5.3 葉片金屬流動速度分析71-72
• 5.5.4 綜合結(jié)果分析72-73
• 5.6 模具磨損數(shù)值模擬與模具實際失效對比實驗73-75
• 5.7 葉片模具磨損失效機(jī)制實驗研究75-77
• 5.7.1 硬度分析75-76
• 5.7.2 顯微組織分析76
• 5.7.3 模具磨損失效原因分析76-77
• 5.8 本章小節(jié)77-78
• 第六章 不同工藝參數(shù)下的模具磨損數(shù)值模擬實驗78-84
• 6.1 引言78
• 6.2 模具預(yù)熱溫度對磨損量的影響78-80
• 6.3 上模下壓速度對磨損量的影響80-81
• 6.4 摩擦因子對磨損量的影響81-83
• 6.5 本章小結(jié)83-84
• 第七章 總結(jié)與展望84-86
• 7.1 課題總結(jié)84-85
• 7.2 展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 致謝90-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表或已完成的學(xué)術(shù)論文91

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：788941