金屬環(huán)件熱輾擴宏微觀變形三維熱力耦合有限元分析.pdf

1、金屬環(huán)件熱輾擴是一個多因素耦合作用下的宏觀變形和微觀組織演變交互影響的復雜成形過程。研究熱力耦合作用和微觀組織演變規(guī)律，以實現環(huán)件成形過程的優(yōu)化設計達到精確控形和控性，是環(huán)件熱輾擴成形前沿領域迫切需要解決的重要課題。為此，本文采用數值模擬，并與理論分析、試驗研究相結合的方法，對金屬環(huán)件熱輾擴宏微觀變形過程進行了系統(tǒng)的研究，主要研究內容和結果如下： 建立了環(huán)件熱輾擴三維熱力耦合剛粘塑性有限元模型，解決了材料模型、單元選取、網格、邊

2、界條件處理、摩擦、求解器和增量步長選取等關鍵問題，試驗驗證表明該模型是適用、可靠的。 基于DEFORM-3D 軟件平臺，將40Cr鋼的微觀組織演變計算模型與環(huán)件熱輾擴宏觀有限元計算模型相集成，成功地實現了環(huán)件熱輾擴過程的傳熱、變形和微觀組織演變的模擬。 對環(huán)件熱輾擴過程傳熱、變形和微觀組織演變耦合進行了模擬分析，揭示了環(huán)坯網格、等效應變、溫度場的分布規(guī)律。發(fā)現環(huán)坯塑性變形區(qū)經歷了由局部小區(qū)域擴展到環(huán)帶的過程，由外層和內

3、層向中層移動，外層和內層為大變形區(qū)；環(huán)坯的溫度分布不均勻，高溫區(qū)在變形量較大的外層，低溫區(qū)首先在環(huán)坯與成形輥接觸的地方，隨后轉向內層的棱邊，接著向外層棱邊處擴展。 研究揭示了驅動輥轉速、芯輥進給速度、環(huán)坯初始溫度、摩擦因子等主要工藝參數對熱輾擴成形中變形場、溫度場和輾擴力的影響規(guī)律。結果表明，驅動輥轉速及摩擦因子增大、芯輥進給速度及環(huán)坯初始溫度減小，環(huán)坯的非均勻程度增大；芯輥進給速度增大、環(huán)坯初始溫度及摩擦因子減小，環(huán)坯溫度非均