温挤压模具早期失效影响因素分析

论文摘要

温挤压是介于冷挤压和热挤压之间的一种毛坯精化新工艺,但目前这项工艺应用的潜在问题之一是其模具工作零件存在严重的早期失效现象。要将这项新工艺广泛应用于生产,有必要对温挤压变形过程的基本参数进行综合的研究,找出影响模具早期失效的主要因素。随着计算机硬件技术、有限元方法及计算机图形学等学科的迅猛发展,基于数值模拟的计算机辅助工程技术在金属塑性成形领域得到了广泛应用,实现了金属成形过程的计算机仿真。本文在分析了国内外温挤压模具发展动态的基础上,采用刚粘塑性有限元法F（EM）和DEFOMR-3D工程分析软件实现了电气件—磁轭温挤压成形过程的模拟,探讨了不同凸模压下量时模具的应力分布规律,研究了挤压中挤压力增大时模具的应力也随之增大的变化规律。本文重点研究了挤压温度、挤压速度和模具预热温度对模具失效的影响。研究结果发现:1.在挤压过程中,零件的温度场的分布始终是不均匀的,变形最剧烈、与模具接触摩擦最大的部分的温度明显高于其他部分。2.模具失效主要是由工作过程中模具所受的载荷、应力超过其许用载荷、许用应力时出现塑性变形或磨损以及因模具受到急冷急热作用出现裂纹引起的。3.金属充满模腔并产生金属流向与凸模运动方向相反时,挤压力、凹模载荷、模具应力出现较大值。4.随着挤压温度升高,挤压力下降,挤压终了时凹模出现的应力小,模具发生塑性变形倾向小;但是,挤压温度越高,工件挤压终了时模具表面温度越高,容易使模具出现冷热疲劳倾向。5.挤压速度越大,挤压终了时凹模的温度越低,模具发生冷热疲劳倾向小;但是,挤压速度越大,模具应力越大,模具容易发生塑性变形倾向。6.模具预热温度越高,挤压力越小,模具应力越小,产生的塑性变形倾向越小;但是,模具预热温度越高,挤压终了时凹模的温度越高,模具容易发生冷热疲劳倾向。据此,为正确制定模具早期失效防范工艺,提高模具寿命提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 温挤压技术概述
• 1.2.1 温挤压工艺的特点
• 1.2.2 温挤压技术研究现状
• 1.3 课题的提出及意义
• 1.4 课题来源及研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 金属塑性成形仿真技术
• 2.1 金属塑性成形理论分析方法概述
• 2.1.1 金属塑性成形的数学力学分析方法
• 2.1.2 金属塑性成形过程的有限元仿真技术
• 2.2 体积成形过程仿真
• 2.3 刚塑性有限元法的基本理论
• 2.3.1 刚塑性材料的基本假设
• 2.3.2 刚粘塑性流动的基本方程
• 2.3.3 刚塑性材料的变分原理
• 2.4 变形与传热过程的耦合分析
• 2.4.1 塑性加工传热问题的基本理论
• 2.4.2 热力耦合分析的基本方程
• 2.5 小结
• 第三章 磁轭温挤压成形过程的数值模拟
• 3.1 模拟模型及模拟方案的确定
• 3.1.1 模拟模型
• 3.1.2 模拟方案的确定
• 3.2 DEFORM软件功能介绍
• 3.2.1 DEFORM软件功能概述
• 3.2.2 DEFORM软件的模块结构及操作流程
• 3.3 磁轭成型的有限元模型的建立
• 3.3.1 几何模型的建立
• 3.3.2 单元类型的选择
• 3.3.3 网格的划分
• 3.3.4 材料力学模型的建立
• 3.3.5 接触和边界条件的定义
• 3.3.6 求解算法的选择
• 3.4 数据检查并提交求解
• 3.4.1 数据库文件（*.DB）的生成
• 3.4.2 提交求解
• 3.5 模拟分析
• 3.5.1 工件的温度场模拟分析
• 3.5.2 工件的应力场模拟分析
• 3.5.3 工件的应变场模拟分析
• 3.6 小结
• 第四章 磁轭温挤压模具失效分析
• 4.1 模具失效分析概述
• 4.2 磁轭温挤压模具早期失效的形式
• 4.2.1 塑性变形失效
• 4.2.2 磨损失效
• 4.2.3 冷热疲劳失效
• 4.2.4 综合因素影响下的失效
• 4.3 影响模具早期失效的原因
• 4.3.1 模具材料的影响
• 4.3.2 模具结构的影响
• 4.3.3 挤压件的影响
• 4.3.4 变形程度的影响
• 4.3.5 挤压设备对模具使用情况的影响
• 4.4 磁轭温挤压模具的有限元分析
• 4.4.1 有限元模型的建立
• 4.4.2 模具的温度场分析
• 4.4.3 模具的应力场分析
• 4.5 模具失效方案探讨
• 4.6 小结
• 第五章 变形因素对模具失效的影响
• 5.1 挤压温度的影响
• 5.1.1 挤压温度对成形终了时模具温度的影响
• 5.1.2 挤压温度对挤压力的影响
• 5.1.3 挤压温度对凹模载荷的影响
• 5.1.4 挤压温度对模具应力的影响
• 5.2 挤压速度的影响
• 5.2.1 挤压速度对成形终了时模具温度的影响
• 5.2.2 挤压速度对挤压力的影响
• 5.2.3 挤压速度对凹模载荷的影响
• 5.2.4 挤压速度对模具应力的影响
• 5.3 模具预热温度的影响
• 5.3.1 模具预热温度对成形终了时模具温度的影响
• 5.3.2 模具预热温度对挤压力的影响
• 5.3.3 模具预热温度对凹模载荷的影响
• 5.3.4 模具预热温度对模具应力的影响
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录