某杯形件熱擠壓凸模結(jié)構(gòu)優(yōu)化及疲勞壽命研究.pdf

1、熱擠壓技術(shù)作為金屬塑性加工技術(shù)的重要手段之一，越來(lái)越被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工、民用、電器等行業(yè)。在熱擠壓工藝得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，對(duì)模具的強(qiáng)度、疲勞壽命提出了較高的要求。當(dāng)熱擠壓模具在高溫、高壓、局部應(yīng)力集中的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間工作，極易使模具內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻、斷裂失效。熱擠壓模具的失效嚴(yán)重阻礙工廠的批量化生產(chǎn)，使得經(jīng)濟(jì)效益大大降低。因此，為使擠壓工藝在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛使用，有必要對(duì)這種類(lèi)型的杯形件擠壓模具進(jìn)行優(yōu)化，提高其使用壽命。
　

2、　此類(lèi)杯形件以前提高其模具壽命的方法有:選取優(yōu)質(zhì)高溫合金鋼作為模具材料、研究模具材料淬火和回火的熱處理最合理溫度區(qū)間以及模具使用工作過(guò)程的模具預(yù)熱溫度、潤(rùn)滑等進(jìn)行了大量的研究，這些方法可提升擠壓模具的壽命。但是當(dāng)前模具的使用周期仍不能滿足工廠實(shí)際需求，迫切需要尋求新思路來(lái)提高模具的使用壽命。
　　隨著有限元數(shù)值模擬技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、傳熱學(xué)、熱疲勞、熱彈塑性等理論的不斷發(fā)展，為建立熱擠壓實(shí)際工況的有限元數(shù)值仿真模擬提供了有力的理論指導(dǎo)

3、?；诟呔扔邢拊浖膽?yīng)用，可通過(guò)數(shù)值模擬的方法得出:熱擠壓模具應(yīng)力的分布以及估算出模具的使用壽命，為設(shè)計(jì)者優(yōu)化模具提供新思路。
　　本文以實(shí)際生產(chǎn)中杯形件熱擠壓凸模的斷裂失效問(wèn)題為切入點(diǎn)，對(duì)模具材料為H13鋼的使用壽命進(jìn)行了研究。通過(guò)有限元數(shù)值模擬，分析了凸模不同緊固方式和內(nèi)部水冷卻結(jié)構(gòu)對(duì)使用壽命的影響，最后對(duì)模具疲勞壽命進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證。具體做了以下幾方面的工作:
　　(1)采用ANSYS(APDL)分別對(duì)單螺紋緊固實(shí)心

4、凸模、組合緊固式凸模進(jìn)行了靜力學(xué)分析，得到等效應(yīng)力最大的危險(xiǎn)點(diǎn)，從而為下一步的疲勞壽命分析，提供科學(xué)依據(jù)。
　　(2)基于軟件ANSYS罩的Fatigue模塊對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的凸模進(jìn)行了疲勞計(jì)算。用電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)Instron8032測(cè)試H13鋼模具材料的S-N曲線數(shù)據(jù)。采用模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)行疲勞分析，增加了模具疲勞壽命估算的精確度。通過(guò)比較疲勞結(jié)果發(fā)現(xiàn):采用組合式結(jié)構(gòu)緊固方式的凸模比單螺紋緊固的凸模疲勞壽命長(zhǎng)。
　　

5、(3)在結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論、傳熱學(xué)等理論的支持下，通過(guò)ANSYS對(duì)凸模內(nèi)部水循環(huán)冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。首先通過(guò)對(duì)不同內(nèi)徑D、底厚H凸模的熱應(yīng)力強(qiáng)度校核，得到空心凸模的參數(shù)取值范圍;實(shí)驗(yàn)參數(shù)是底厚H為25mm，內(nèi)徑D為18mm、20 mm、22 mm、24 mm、26mm、28mm。
　　(4)利用CFX軟件對(duì)上一步得到的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的空心凸模進(jìn)行了流體分析。模擬計(jì)算完成后，得到不同內(nèi)徑(D)結(jié)構(gòu)凸模的溫度場(chǎng)云圖。分析發(fā)現(xiàn):在空心凸模同一切面