温挤压力学行为对模具早期失效的影响研究

摘要

温挤压模具在工作时长时间承受高温、高压及局部应力集中等的作用，其内部应力分布不均，导致模具过早失效，寿命低，而温挤压模具失效机理和原因缺乏较深入的研究。
　　 本文以某炮弹壳体零件为研究对象，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（FEM）和DEFOMR-3D工程分析软件实现了对温挤压成形过程的模拟，探讨了模具的应力应变分布规律，重点研究了力学行为对温挤压模具早期失效的影响，取得了如下研究结果：
　　 1．采用有限元法模拟温挤压成形过程，得到了工件的挤压力、温度场、应力场、应变场、速度场的变化规律。
　　 2．利用有限元法模拟得到了较全面、准确的模具的力学行为，如模具的等效应力、等效应变、应力集中、切向应力、径向应力、轴向应力等的预测分析，为模具的失效分析和优化设计提供了有效的理论依据，节省了大量的实验费用。
　　 3．从有限元法模拟结果来看，凸模轴向同时受到压应力和拉应力的作用，容易使凸模出现镦粗和破裂现象；凹模切向应力和径向应力峰值均出现在型腔内壁拐角处附近，应力集中较严重，容易导致模具的疲劳开裂。这与实际失效形式是吻合的。
　　 4．在分析凹模失效机理的基础上，对凹模进行了优化。通过对整体式凹模和有预应力的组合式凹模两个方案的模拟结果进行比较，得出后者的应力应变分布情况较前者更为理想，从而可以提高模具的强度。
　　 5．温挤压成形有限元模拟，得到了模具应力应变的分布规律，为研究温挤压模具失效机理奠定了基础，为模具企业生产提供了参考依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2温挤压成形技术

1.2.1温挤压的特点

1.2.2温挤压国内外研究现状和发展趋势分析

1.3温挤压成形工艺分析

1.3.1温挤压温度的选择

1.3.2模具的预热

1.3.3温挤压的润滑

1.3.4模具的冷却

1.4课题研究的意义

1.5课题来源及研究内容

1.5.1课题的来源

1.5.2研究内容

第二章温挤压力学分析理论基础

2.1应力分析与应变分析

2.1.1应力分析

2.1.2点的应力状态

2.1.3点的应变状态

2.1.4应力状态对温挤压工艺的影响

2.2温挤压凸模的力学行为分析

2.2.1温挤压凸模的受力情况

2.2.2温挤压凸模的应力分析

2.3温挤压凹模的力学行为分析

2.3.1温挤压凹模的受力情况

2.3.2温挤压凹模的应力分析

2.4本章小结

第三章温挤压成形有限元数值模拟

3.1有限元数值模拟技术简介

3.2 CAD／CAE软件的选择

3.3温挤压成形数值模拟方案

3.3.1温挤压研究对象

3.3.2温挤压坯料的确定

3.3.3温挤压模具模拟方案的确定

3.4温挤压成形数值模拟

3.4.1几何模型的导入

3.4.2图形修补

3.4.3网格划分

3.4.4接触和边界条件的定义

3.4.5材料力学模型的建立

3.4.6求解算法的选择

3.4.7数据库文件的生成

3.4.8提交求解

3.5温挤压成形模拟分析

3.5.1温挤压的挤压力一凸模行程曲线

3.5.2温度场模拟分析

3.5.3等效应力场模拟分析

3.5.4等效应变场模拟分析

3.5.5速度场模拟分析

3.6本章小结

第四章温挤压力学行为对模具早期失效的影响分析

4.1温挤压凸模的力学行为模拟分析

4.1.1有限元模型的建立

4.1.2凸模等效应力场模拟分析

4.1.3凸模等效应力一凸模行程曲线

4.1.4凸模等效应变场模拟分析

4.1.5凸模轴向压应力和拉应力分析

4.1.6凸模轴向应力分布云图

4.2温挤压力学行为对凸模早期失效的影响分析

4.2.1镦粗变形

4.2.2开裂

4.2.3龟裂(疲劳裂纹)

4.3温挤压整体式凹模的力学行为模拟分析

4.3.1整体式凹模等效应力场模拟分析

4.3.2整体式凹模等效应变场模拟分析

4.3.3整体式凹模的点追踪分析

4.3.4整体式凹模的切向应力和径向应力分布

4.4温挤压组合式凹模的力学行为模拟分析

4.4.1组合式凹模有限元模型的建立

4.4.2组合式凹模的等效应力场分析

4.4.3组合式凹模的点追踪分析

4.4.4组合式凹模切向应力和径向应力场分析

4.4.5凹模优化对比

4.5温挤压力学行为对凹模早期失效的影响分析

4.5.1纵向开裂

4.5.2横向开裂

4.5.3磨损

4.6本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

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