基于FGM的熱鍛模設計與仿真分析.pdf

1、在熱鍛生產(chǎn)中，熱鍛模具要承受高溫工件所帶來的巨大的熱負荷和機械沖擊，工況惡劣，從而導致模膛表面處容易產(chǎn)生相變、裂紋或變形等缺陷。因此，對模具進行表面處理，提高模具表面的高溫性能，即可起到增強模具抵御熱負荷的能力，延長模具壽命。最近不斷發(fā)展的梯度材料涂層則為熱鍛模的表面處理提供了一種新思路和新方法。
　　 本文分析了熱鍛模在工作中的工況條件和負荷的特點，發(fā)現(xiàn)在機械沖擊基本一定的情況下，熱負荷就成為了影響模具壽命的最主要因素。在模膛

2、表面的溫度波動區(qū)，模具所承受的熱負荷最大，也最容易形成各類缺陷和損傷。因此采用熱防護型的梯度功能材料涂制于熱鍛模表面能切實提高其抵御高溫、防止損傷的能力。
　　 本文探討了梯度功能材料的發(fā)展和運用，對梯度材料的設計、制備和性能評價三要素進行了比較，探討了彈性模量、泊松比、熱導率和熱膨脹系數(shù)對熱鍛模具性能的影響，掌握了梯度功能材料的種類和特點，并明確其在熱鍛模中運用的可行性。
　　 通過有限元軟件DEFORM可有效模擬熱鍛

3、生產(chǎn)過程并進行物理場的分析。本文選擇Ti-6Al-4V金屬材料和ZrO2陶瓷材料復合梯度涂層作為熱鍛模表面覆層，設計了梯度材料的層數(shù)和組成成分，計算了梯度材料的物性參數(shù)，建立了基于DEFORM的熱力耦合有限元模型并模擬了整個熱鍛成形過程。
　　 通過熱鍛成形過程模擬分析得到了熱鍛生產(chǎn)過程的溫度場和應力場狀況，獲得了熱鍛模下模的溫度場和應力場曲線以及熱鍛過程中的物理場變化情況；通過均質熱鍛模和梯度涂層熱鍛模的對比可發(fā)現(xiàn)：梯度涂層對