高性能大鍛件控形控性規(guī)律與操作機(jī)-壓機(jī)聯(lián)動(dòng)軌跡的研究.pdf

1、大鍛件是冶金、造船、石油化工、電力、核能、航空航天和國(guó)防軍工等領(lǐng)域的大型成套設(shè)備的關(guān)鍵零部件，苛刻的服役條件決定了其高質(zhì)量要求。大鍛件的成形制造一般以大型鑄錠為原材料，由于大型鑄錠通常存在嚴(yán)重的晶粒粗大、夾雜、偏析、疏松和空洞等冶金缺陷，因此鍛造的主要目的是成形和成性，即在保證成形精度的同時(shí)，打碎枝晶、細(xì)化晶粒、消除偏析、壓實(shí)疏松和焊合空洞，盡可能消除大型鑄錠的冶金缺陷。本文針對(duì)我國(guó)大鍛件鍛造技術(shù)水平較低和生產(chǎn)能力不足的現(xiàn)狀，以實(shí)現(xiàn)高性

2、能大鍛件的自動(dòng)化鍛造為目的，研究了大鍛件的控形控性規(guī)律，提出了鍛造操作機(jī)與壓機(jī)聯(lián)動(dòng)軌跡的規(guī)劃方法。主要包括以下內(nèi)容。
　　 采用熱模擬實(shí)驗(yàn)，研究了典型大鍛件用材料42CrMo鋼的高溫流變行為，建立了應(yīng)變-應(yīng)變速率補(bǔ)償?shù)腁rrhenius型高溫流變本構(gòu)方程，可精確預(yù)測(cè)其高溫流變應(yīng)力，其預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)值的最大相對(duì)誤差及其標(biāo)準(zhǔn)偏差分別僅為-4.36％和2.36％。
　　 采用熱模擬實(shí)驗(yàn)與金相觀察，研究了典型大鍛件用材料42CrM

3、o鋼的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶、亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶與晶粒長(zhǎng)大行為?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果，建立了三種再結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)模型與晶粒尺寸模型。結(jié)果表明:(1)減小初始奧氏體晶粒尺寸，動(dòng)態(tài)與靜態(tài)再結(jié)晶速率增快、晶粒變細(xì)。亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒則在初始奧氏體晶粒尺寸較小時(shí)也變細(xì)，而在初始奧氏體晶粒較大時(shí)變化不明顯;(2)升高變形溫度，動(dòng)態(tài)、靜態(tài)與亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶速率均增快、晶粒均粗化;(3)增大應(yīng)變速率，動(dòng)態(tài)、靜態(tài)與亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒均細(xì)化;(4)增大變形量，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶分?jǐn)?shù)增大

4、、靜態(tài)再結(jié)晶速率增快且晶粒尺寸變小;(5)奧氏體晶粒長(zhǎng)大速率受保溫溫度影響較大，受保溫時(shí)間影響較小;(6)三種再結(jié)晶模型的預(yù)測(cè)結(jié)果均與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
　　 采用細(xì)觀損傷力學(xué)的研究方法，建立了研究理想剛粘塑性大鍛件內(nèi)部橢圓柱形（圓柱形）空洞演變的代表性體元模型;基于變分原理，導(dǎo)出了體元基體材料速度場(chǎng)的泛函;采用瑞利-里茲法對(duì)泛函變分問(wèn)題進(jìn)行求解，獲得了不同遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力條件下的空洞演變規(guī)律。結(jié)果表明:(1)在遠(yuǎn)場(chǎng)純剪應(yīng)力作用下，空洞

5、的形狀系數(shù)變化率與其形狀系數(shù)、材料Norton指數(shù)分別滿足拋物線函數(shù)、一次指數(shù)函數(shù)關(guān)系;(2)在遠(yuǎn)場(chǎng)單向壓應(yīng)力作用下，空洞的形狀系數(shù)變化率與其形狀系數(shù)、材料Norton指數(shù)分別滿足線性函數(shù)、一次指數(shù)函數(shù)關(guān)系;(3)在遠(yuǎn)場(chǎng)雙向壓應(yīng)力作用下，空洞的形狀系數(shù)變化率與其形狀系數(shù)滿足拋物線函數(shù)關(guān)系、且拋物線的頂點(diǎn)、張口與應(yīng)力三軸度、材料Norton指數(shù)有關(guān);(4)在遠(yuǎn)場(chǎng)單向壓應(yīng)力作用下，空洞的取向變化率與空洞形狀、取向及材料Norton指數(shù)有關(guān)。

6、
　　 采用熱力耦合的三維有限元模型，研究了大鍛件內(nèi)部橢球形（球形）空洞的演變機(jī)理;為了綜合考慮應(yīng)力、應(yīng)變對(duì)空洞形狀演變的影響，提出了一個(gè)新的特征參量——空洞形狀估計(jì)參數(shù)，并建立了空洞形狀估計(jì)參數(shù)與形狀系數(shù)的關(guān)聯(lián)模型;獲得了平砧拔長(zhǎng)工藝參數(shù)對(duì)大鍛件內(nèi)部空洞形狀演變的影響規(guī)律，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文有限元模型的正確性。
　　 集成了本文獲得的大鍛件控形控性規(guī)律，提出了鍛造操作機(jī)與壓機(jī)聯(lián)動(dòng)軌跡的規(guī)劃方法，開(kāi)發(fā)了操作機(jī)與壓機(jī)聯(lián)動(dòng)