大型模锻件坯料的定位状态分析与摩擦参数测定

摘要

大型模锻件成形工艺要求高、难度大。其中，模锻时常常需要利用操作机将坯料从加热炉取出并运输到压机边上，然后将坯料准确、可靠地放置在下模表面。然而，一般情况下很难一次就将坯料正确放置到锻模的理想位置上，需要多次反复调整，这不仅存在安全隐患，而且会导致坯件温度下降过多，给塑性成形、特别是有色金属的热成形带来巨大风险。因此，有必要深入分析和解决大型坯件在锻模上的快速、准确定位问题，但目前相关的研究几乎为空白。
　　本文利用多体动力学数值模拟技术和正交设计理论，提出了一种大型锻件坯料快速定位问题的解决方案；同时，鉴于坯料与模具之间的摩擦特性对分析精度以及后续塑性成形的影响很大，本文研究和优化了摩擦特性参数的正挤压测试法。主要结论如下：
　　①该大型模锻件坯料定位分析方法包括以下步骤：首先，建立坯料与模具的三维几何模型，以及不同坯料与模具初始相对位置和状态的正交分析表；然后，利用多体动力学数值模拟，分析不同初始状态坯料的放置过程，预测坯料在重力作用下落入下模型腔并稳定在下模上的位置和姿态；最后，分析该位置与理想锻造位置的偏离程度，并结合塑性成形数值模拟，找出对偏离影响最大的指标，为实际操作指明应严格控制的参数。对某7050铝合金锻件的分析表明，该方法是完全可行的。
　　②坯料与模具的几何形状、以及坯料与模具之间的摩擦特性，对定位控制有显著的影响。例如，一些具有“自动导正”形状特征的坯料，操作机允许的偏差可以大一些；摩擦越大、坯料越不容易自动导正，对坯料初始释放位置的控制就越严格。
　　③改进了体积塑性成形表面摩擦特性参数的正挤压测试方法。对7050铝合金试样进行不同速度的标准压缩实验，得出其压缩应力应变曲线；结合数值模拟和物理实验，研究了无润滑和施加二硫化钼MoS2润滑剂后塑性变形的摩擦特性参数，以及应变速率对测试结果的影响。实验与数值模拟结果表明，锥角过大或过小都会使挤出成形载荷增加。合适的锥角在5～15度之间，以避免“鼓形”的影响。
　　④建立了体积塑性成形表面摩擦特性参数的正挤压测试方法的修正公式。结果证明，修正方法可有效测定材料体积塑性成形的摩擦特性参数，且操作简单方便、精度高。

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1 绪 论

1.1 项目背景

1.2 大型模锻件生产技术特点与技术现状

1.3 塑性成形过程的摩擦特性参数测定技术现状

1.4 主要研究内容

2 大型模锻件坯料在锻模上的定位状态分析

2.1 引言

2.2 分析方法简介

2.3 多体动力学与塑性成形结合数值模拟

2.4 模拟结果分析及结论

2.5 本章小结

3 体积塑性成形过程的摩擦特性参数测量技术

3.1引言

3.2直接测试法

3.3间接测试法

3.4 本章小结

4 体积塑性成形摩擦特性参数的正挤压测试法及其修正

4.1 正挤压测试方法原理

4.2 实验条件

4.3 7050铝合金正挤压测试实验

4.4 实验与数值模拟对比验证

4.5 结果分析

4.6 本章小结

5 结论及展望

5.1 结论

5.2 工作展望

致谢

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附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文：

B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利和参与项目：