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(guò)程中金屬的流動(dòng)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(cè)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(jiàn)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(guò)程中金屬的流動(dòng)及擠壓力變化規(guī)律
　　 應(yīng)用三維有限元法對(duì)一種6063鋁合金方管的分流焊合擠壓過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)分析,獲得了擠壓過(guò)程中金屬的流動(dòng)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(duì)于分流焊合擠壓,整個(gè)成形過(guò)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(gè)階段;擠壓力在分流階段剛開(kāi)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(duì)H13鋼在20℃-650℃范圍內(nèi)的彈性模量進(jìn)行了測(cè)量,利用Gleeble1500對(duì)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(shì),在150℃-350℃有小幅波動(dòng);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(cè)試法,依次選取0.70

5、b、0.650b、0.60h、0.50h、0.450b五個(gè)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(cè)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(guò)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(cè)
　　 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(cè)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(gè)方面分析了其對(duì)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)