H13鋼分流模擠壓受力分析及其疲勞失效研究.pdf

1、本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn),以減小H13鋼分流擠壓模的疲勞失效率為目的,采用有限元和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的辦法,分析了H13鋼分流擠壓模的疲勞失效形式;圍繞分流焊合擠壓過程中金屬的流動及擠壓力變化規(guī)律、H13鋼本構(gòu)方程、熱機(jī)械循環(huán)應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度、擠壓力計(jì)算模型的修正、疲勞壽命預(yù)測等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,獲得如下主要結(jié)論:
　　 1.H13鋼分流擠壓模的疲勞失效
　　 疲勞失效是H13鋼分流擠壓模最常見的早期失效形式,主要表現(xiàn)為分流橋與模芯

2、結(jié)合處的疲勞斷裂。應(yīng)力集中引起的局部拉應(yīng)力水平超出工作條件下H13鋼的疲勞強(qiáng)度是分流模疲勞失效率的最主要原因。
　　 2.分流焊合擠壓過程中金屬的流動及擠壓力變化規(guī)律
　　 應(yīng)用三維有限元法對一種6063鋁合金方管的分流焊合擠壓過程進(jìn)行了詳細(xì)分析,獲得了擠壓過程中金屬的流動和擠壓力變化規(guī)律,結(jié)果表明:在焊合高度方向上,固態(tài)焊合最先發(fā)生在兩股金屬中部,上部金屬最后焊合。對于分流焊合擠壓,整個成形過程可分為鐓粗、分流、分流孔

3、剩余間隙填充、固態(tài)焊合和穩(wěn)態(tài)擠壓五個階段;擠壓力在分流階段剛開始時(shí)增幅較大,然后趨于穩(wěn)定;在坯料擠出分流孔又尚未與焊合室接觸時(shí),擠壓力因?yàn)槟Σ撩娣e的減小而降低;峰值擠壓力出現(xiàn)在金屬擠出?？椎乃矔r(shí),隨后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)擠壓階段。
　　 3.H13熱作模具鋼的本構(gòu)方程
　　 利用Instron8032對H13鋼在20℃-650℃范圍內(nèi)的彈性模量進(jìn)行了測量,利用Gleeble1500對其在650-800℃溫度范圍,0.1-20s-1應(yīng)

4、變速率下的熱壓縮變形行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:彈性模量隨溫度的升高呈總體下降趨勢,在150℃-350℃有小幅波動;流變應(yīng)力隨變形溫度的升高而降低,隨應(yīng)變速率的提高而增大。結(jié)合廣義Hooke定理和利用Zener-Hollomon參數(shù)描述的雙曲正弦函數(shù),首次建立了H13鋼的熱變形行為的彈.塑性本構(gòu)方程。
　　 4.熱機(jī)械循環(huán)應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度
　　 利用Instron8032電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī),采用單點(diǎn)測試法,依次選取0.70

5、b、0.650b、0.60h、0.50h、0.450b五個應(yīng)力加載水平,在加載頻率為20Hz、應(yīng)力比為0.001的條件下,首次測得500℃時(shí)H13鋼的疲勞強(qiáng)度為508MPa。
　　 5.擠壓力計(jì)算模型的修正
　　 將“二次擠壓”的概念具體化,即將一次完整的分流焊合擠壓過程分割成“第一次多孔平模棒材擠壓”以及“第二次平模型材擠壓”;建立了型材復(fù)雜程度表征的新方法——“復(fù)雜因子”;在以上新思路基礎(chǔ)上,結(jié)合經(jīng)驗(yàn)系數(shù)公式,修正了

6、擠壓力計(jì)算模型。
　　 6.高溫低周疲勞壽命預(yù)測
　　 應(yīng)用Manson通用斜率公式,建立了H13鋼的應(yīng)變.高溫低周疲勞壽命關(guān)系;在此基礎(chǔ)上,結(jié)合有限元法提出了一種預(yù)測分流擠壓模具壽命的方法,并從擠壓速度和模橋根部圓角半徑兩個方面分析了其對模具低周疲勞壽命的影響規(guī)律,結(jié)果表明:疲勞壽命隨著擠壓速度的增加而減小,隨著模橋根部圓角半徑的增大而增大。其中,圓角半徑因顯著影響模橋根部的應(yīng)力集中程度而成為決定模具疲勞壽命的關(guān)鍵參數(shù)