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《武汉理工大学》 2003年
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锻模材料与工作性能最佳耦合的基础研究

龙满林  
【摘要】: 锻模是制造业中重要的基础工艺装备。在利用它成形锻件时,其承受脉冲的热负荷和脉冲的机械负荷。型腔表面在热负荷的反复作用下可能会发生四种形式的损伤:热疲劳、相变、回火和塑性变形。型腔表面在机械负荷的作用下主要发生脆性破裂、机械裂纹、机械磨损和塑性变形四种损伤。这些损伤严重影响锻模的寿命。 生产实践表明,如何提高锻模的寿命是个综合性问题。其研究内容涉及到锻模的材料与工作性能的耦合问题。本文将以锻模为研究对象,对此耦合问题进行基础研究。 研究内容分为四个部分。第一部分是在锻模的实验研究、生产经验和调查统计的基础上,分析其失效形式和失效机理,得出引起锻模失效的最根本原因是负荷。因此,要提高锻模的寿命,必须了解作用在锻模上的各种负荷及其影响锻模寿命的机理。 第二部分是用有限元方法分析热锻模热力过程,这一部分是本文的主体部分。首先,将热锻模热力过程划分成吸热过程和散热过程的交替循环,并建立锻模的吸热模型和散热模型。为了得到锻模的热平衡状态,提出试探法的新思路求解最佳工作节拍。并按此工作节拍仿真出锻模在其工作过程中的温度场。其次,根据温度场的变化求解锻模的温度应力。温度应力即为热负荷使锻模产生的应力。再次,根据机械负荷求解锻模的机械应力。最后,将温度应力和机械应力按时间和空间进行叠加,得到锻模的综合应力。得到了综合 武汉理工大学硕士学位论文 应力,就能从微观上真实反映锻模的失效原因。 第三部分是以一具体实例一一终锻模为例,用第二部分提供的 研究方法分析热锻模热力过程,得到锻模温度场、各种应力场的数 据。根据温度场的变化规律,将锻模划分为波动区、平衡区和下降 区,并通过超调量一一深度曲线确定了波动区的厚度。根据应力场 的数据,得出结论:锻模的失效主要是温度应力引起的,其失效形 式主要是塑变失效和热疲劳失效。 第四部分讲述了提高热锻模寿命的有效途径:选用梯度材料、 加强强化层性能、润滑冷却和预热。并说明只有将这些因素综合考 虑,才能使锻模在最佳祸合状态下工作,寿命得到有效提高。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TG315

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