界面热传递对金属体积成形摩擦影响的数值模拟研究

论文摘要

金属体积成形过程的有限元分析一直是材料加工学科所关注的问题,有限元分析的精度取决于分析模型与实际问题的吻合程度,其中摩擦就是影响分析精度的重要因素之一。在有限元分析过程中,模具和坯料之间的摩擦处理较为困难,在实际成形过程中,摩擦的状态是不断变化的,摩擦处理的是否得当将直接影响到有限元分析的精度,因此,建立一个较为完善的摩擦模型对于金属体积成形过程有限元分析显得尤为重要。在综合分析了金属体积成形过程模具和坯料接触面之间影响摩擦的因素基础上,建立了考虑界面热传递的摩擦模型,可以考虑模具与坯料之间的热传递、相对滑动速度、温度、法向应力及变形程度等因素对摩擦的影响。采用考虑了界面热传递的摩擦模型对金属体积成形商业软件MSC.SuperForm进行二次开发,使MSC.SuperForm对体积成形过程的分析具备考虑热传递边界条件影响的能力。采用二次开发后的MSC.SuperForm软件,对纯铝圆环镦粗进行了热力耦合有限元分析,比较了采用本文提出的考虑界面热传递的摩擦模型和未考虑界面热传递的摩擦模型对圆环镦粗变形行为的影响,同时通过对16CrMn5圆柱坯料进行反挤压模拟的研究并与已有实验结果进行对比,验证了本文提出的模型及其参数值的正确性,说明界面热传递层在金属体积成形中起到了润滑的作用,并与未考虑界面热传递影响的摩擦模型相比提高了有限元分析的精度。在此基础上,对GH4169合金盘形件的成形过程进行了有限元分析,揭示了成形过程中金属流动规律及成形件内部等效应变的分布规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 金属体积成形摩擦规律的影响因素
• 1.2.1 滑动速度与温度的影响
• 1.2.2 载荷情况的影响
• 1.3 金属体积成形摩擦润滑模型研究现状
• 1.4 有限元分析方法在金属体积成形中的应用
• 1.5 选题的意义及主要研究内容
• 第2章 体积成形摩擦模型研究
• 2.1 金属塑性成形中摩擦与润滑的特点
• 2.2 界面热传递对摩擦影响模型的建立
• 2.2.1 多因素摩擦模型
• 2.2.2 界面热传递对摩擦影响模型的建立
• 2.3 本章小结
• 第3章 MSC.SuperForm二次开发和数值模拟分析
• 3.1 引言
• 3.2 MSC.Superform 2005 的用户子程序
• 3.2.1 用户子程序UHTCON、UHFRIC
• 3.2.2 用户子程序NODVAR
• 3.2.3 几何矩阵
• 3.2.4 温度插值函数
• 3.3 摩擦模型数值模拟分析
• 3.3.1 数值模拟模型的建立
• 3.3.2 热传递摩擦模型对变形影响的分析
• 3.4 已有实验对比验证考虑热传递影响的摩擦模型
• 3.4.1 已有实验内容
• 3.4.2 模拟方案
• 3.4.3 模拟与实验结果对比
• 3.5 本章小结
• 第4章 GH4169 合金盘形件成形过程有限元分析
• 4.1 GH4169 合金盘形件的有限元模拟
• 4.1.1 有限元分析模型
• 4.1.2 成形过程有限元分析结果
• 4.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢