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粉末高温合金盘件等温锻造模拟及模具热负荷分析

蔡军  
【摘要】:FGH96合金是我国新研制的镍基粉末高温合金,由于其变形抗力大,热力参数容差小,锻后组织对热力参数敏感且难以控制,给其盘件的等温成形工艺和模具提出了更高的要求。 采用MSC.Superforge有限体积模拟软件对FGH96合金盘件的等温成形过程进行了模拟,结果表明:FGH96合金盘件在最终成形时,所需载荷急剧上升,远远超出现有设备所能提供的吨位。为保证锻件的最终成形,应采取预锻和锻间热处理工步。工厂原有的两套成形方案均存在一定的缺陷,通过模拟分析并经工艺修改后给出的工艺方案,能使坯料在设备允许的范围内很好地完成盘件的成形。 对FGH96合金盘坯的两次镦粗成形工艺进行了模拟。通过对不同圆弧半径模具镦粗成形过程的模拟,分析了模具圆弧半径对预制坯相对直径比、镦粗后变形均匀程度以及镦粗后等效应变速率的变化规律等进行了讨论。得到了合理的模具半径范围,为FGH96合金盘件预制坯的工艺制定提供了一种新的选择。 根据锻模型腔热负荷来源,通过非稳态传热理论,分析讨论了模具工作表层温度分布与热传递规律,推导出了型腔表面温度分布梯度与热流密度的计算公式以及锻模型腔表面温度峰值的表达式,并分析讨论了温度波在模具中的传递规律,热影响区范围以及影响机理。同时对模具的冷却与重复加热过程进行了有限元模拟,得到了模具在冷却与再升温过程中的温度变化规律与应力分布情况。 采用ANSYS有限元模拟软件对等温锻造整体模具及组合模具的受热及承载情况进行了模拟。通过模拟发现,模具型腔尺寸的变化主要来自于模具受热膨胀所带来的热位移,而采用组合模具结构可以有效地减小模具的应力集中现象,本文中所讨论的模具结构基本合理,在实际生产中可行;通过对模具冷却和再加热分析表明:模具在冷却与重复加热过程中,承受着长时间较大的热应力作用,这是造成模具高温低周疲劳破坏的主要原因。


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