葉片模具服役中溫度、應(yīng)力及磨損過程模擬仿真與分析.pdf

1、葉片形狀復(fù)雜，通常是由不銹鋼或鎳基材料制成。不銹鋼、鎳基合金熱膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱能力小，高溫變形難。為強(qiáng)迫該類材料變形，需用較大能量的鍛壓設(shè)備，加熱較高溫度，增加變形時間。和常用汽車鍛件模具相比，葉片熱鍛模具的使用環(huán)境更加惡劣，導(dǎo)致其使用壽命普遍不高。
　　為了能更好地研究熱鍛模具負(fù)荷情況，本文使用成形分析軟件有限元軟件對葉片熱鍛模具在鍛壓全過程進(jìn)行溫度場、應(yīng)力場以及磨損量分布進(jìn)行模擬。研究發(fā)現(xiàn)葉片坯料在葉根及葉冠處最先發(fā)生變形，且

2、這些區(qū)域所對應(yīng)的型腔在鍛造結(jié)束時溫度升高的幅度最大，而葉身中部溫度變化幅度則較小。在鍛造過程，從葉身中部型腔到橋部，等效應(yīng)力逐漸降低。較大應(yīng)力分布區(qū)域為葉身與葉根連接處所對應(yīng)的型腔。整個熱鍛過程中，磨損先出現(xiàn)在葉根與葉身連接處所對應(yīng)的型腔，最大磨損量和最大磨損率出現(xiàn)在橋部位置。
　　本文模擬分析了不同工藝參數(shù)（即模具的預(yù)熱溫度、上模的下壓速度，工件與模具之間的摩擦因子）對熱鍛模具溫度場、應(yīng)力場以及磨損量分布的影響。當(dāng)模具預(yù)熱溫度上

3、升時，下模在鍛造完成時的溫度會隨之升高，下模溫度上升的幅度越小，下模型腔的等效應(yīng)力將隨之下降。上模下壓速度越快，鍛造過程耗時越短，下模型腔表面溫度也就隨之下降，而下模型腔表面的等效應(yīng)力會隨上模的下壓速度的增大而增大。當(dāng)葉片坯料與下模之間的摩擦因子增大時，下模型腔的溫度略有升高；而當(dāng)摩擦因子增大時，下模型腔的等效應(yīng)力隨之增大，且增大幅度較大。
　　研究發(fā)現(xiàn)，在熱鍛過程中，葉片金屬流動速度的變化是對模具表面磨損量和磨損率的變化產(chǎn)生影響

4、的主要因素。模具預(yù)熱溫度的升高會使模具終鍛最高溫度與葉片坯料金屬流動速度均呈增大，并且過高的預(yù)熱溫度會導(dǎo)致潤滑劑的性能有所下降，增大模具的磨損量，在保證模具具有足夠硬度和韌性的情況下，應(yīng)盡量降低模具預(yù)熱溫度；上模下壓速度的增大會導(dǎo)致模具與坯料之間的熱交換與磨擦情況發(fā)生變化：上模下壓速度較慢時，導(dǎo)致模具與坯料熱交換時間較長，模具表面熱效應(yīng)嚴(yán)重，造成磨損；當(dāng)上模下壓速度較快時，模具表面摩擦開始加劇，造成磨損，應(yīng)適當(dāng)控制成形速度，以保證模具的