多本構(gòu)模型耦合的數(shù)值模擬方法及其在錐齒輪等溫鍛造過(guò)程中的應(yīng)用.pdf

1、錐齒輪是一種齒頂呈圓臺(tái)形的齒輪，常成對(duì)使用，可改變傳動(dòng)軸的方向，廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)裝置中。由于其特殊的錐形結(jié)構(gòu)，錐齒輪特別適合采用鍛造方法生產(chǎn)，所生產(chǎn)出來(lái)的齒輪內(nèi)部組織連續(xù)、機(jī)械性能較好、壽命長(zhǎng)，但傳統(tǒng)的鍛造方法依然存在設(shè)備及模具所受載荷過(guò)大、齒腔填充不飽滿、后續(xù)機(jī)械加工余量大等問(wèn)題。而采用等溫鍛造方法，則是將模具加熱到與坯料相同或相近的溫度，伴以較低的變形速率，給予材料充足的時(shí)間發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，從而顯著提高材料的流動(dòng)性能，同

2、時(shí)減小模具所受的應(yīng)力，所生產(chǎn)出的錐齒輪具有組織均勻、尺寸精度高等優(yōu)點(diǎn)。等溫鍛造作為一種錐齒輪的精密鍛造方法，能夠很好地提高鍛造錐齒輪的使用性能，因此具有重要的研究?jī)r(jià)值和實(shí)際意義。
　　數(shù)值模擬方法是研究金屬塑性成形過(guò)程的重要分析手段。對(duì)錐齒輪等溫鍛造過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，可較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)材料的變形情況及成形載荷等，從而大大降低產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。而確定材料的應(yīng)力與應(yīng)變、應(yīng)變速率等變形參數(shù)之間的關(guān)系模型，即本構(gòu)模型，對(duì)于模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性具有非

3、常重要的影響。
　　本文針對(duì)20CrMnTi錐齒輪等溫鍛造過(guò)程，研究了多本構(gòu)模型耦合的數(shù)值模擬方法，對(duì)材料變形過(guò)程中所處的狀態(tài)進(jìn)行區(qū)分，并分別采用不同的本構(gòu)模型。相比于使用單一而復(fù)雜的本構(gòu)模型，采用該方法可以使模擬結(jié)果更符合實(shí)際情況。
　　首先，針對(duì)錐齒輪零件進(jìn)行了等溫鍛造成形工藝分析，利用UG軟件繪制了三維零件圖和鍛件圖，同時(shí)制定了錐齒輪等溫鍛造的生產(chǎn)工藝方案。
　　然后，以20CrMnTi等溫鍛造成形溫度為試驗(yàn)溫度

4、，以不同的壓縮速率分別對(duì)其進(jìn)行等溫壓縮試驗(yàn);對(duì)得到的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了壓縮速率修正、光滑處理和行程修正;根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果中材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶特征，將材料變形過(guò)程分為硬化狀態(tài)、軟化狀態(tài)和穩(wěn)態(tài)，并分別構(gòu)建三種狀態(tài)下的本構(gòu)方程及其臨界點(diǎn)的參數(shù)方程;將三個(gè)本構(gòu)方程編寫(xiě)為程序代碼，并嵌入到Deform子程序中，從而實(shí)現(xiàn)了基于多本構(gòu)模型耦合的Deform軟件二次開(kāi)發(fā)。
　　隨后，使用得到的程序?qū)﹀F齒輪等溫鍛造過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬