液态模锻模具服役过程的热行为及其控制研究

摘要

液态模锻技术凭借其诸多优点在近些年得到了迅速发展，随着液态模锻工艺在高温金属材料领域应用研究的增多，模具寿命低成为了液态模锻推广应用的限制环节，它也是构成液态模锻产品成本的重要方面，液锻模具在服役过程中所受的高温高压循环载荷是造成模具失效的根本原因。本文采用实际试验测定与理论模拟验证相结合的方法对液锻模具服役条件下的热行为进行研究分析。
　　本课题以液态模锻模具作为研究对象，根据课题的具体试验要求，设计和制作了试验模具一套，对试验模具及其液锻工艺的各个方面进行确定，具体包括液锻方式的确定、液锻工艺参数的确定、模具参数的确定以及液锻模具结构的确定等内容。针对试验模具的压室冷却设计了厚壁狭缝式、薄壁狭缝式和螺旋式三种冷却方案，并对每一种冷却方案的水道对流换热系数进行计算，得到了冷却水流量与水道换热系数之间的定量关系。
　　以工厂现有条件为基础对试验内容进行设计，分别采用铝合金和45号钢作为液锻材料对试验模具进行液锻成型试验，采集分析不同试验条件下进行成型试验时模具测温点的温度数据。并采用有限元模拟分析软件对试验模具在不同参数下的充型过程进行模拟计算，将试验所得相关数据与软件模拟所得数据进行对比分析。
　　上述分析结果表明，液锻模具服役过程中，在靠近压室和型腔一定区域内，模具温度先急速升高后缓慢冷却，模具承受较强温度载荷的关键位置位于压室与浇道共同作用的三角区域，且铜合金液锻和钢液锻容易使模具关键区域温度达到或超过模具工作温度上限550℃。另外，螺旋式冷却系统的冷却效果优于狭缝式冷却系统，但模具整体的冷却效果过强会影响液锻充型效果和成型质量。在高温金属液锻或进行长期连续工作的条件下，需对模具关键区域重点喷刷涂料，或对其设置局部冷却以提高模具寿命。