多层金属热锻模在热锻服役下的循环载荷分析

热锻模在进行连续锻造时,型腔表层受到循环的机械载荷与激冷激热载荷,导致模具表层产生疲劳裂纹与失效。采用多层金属模具结构可以缓解热锻模所受热力载荷、提高热锻模的高温磨损性能以及热-机械疲劳磨损寿命。以直齿圆柱齿轮坯的锻造为例,利用有限元模拟和计算模型获得了均质热锻模和多层金属热锻模在连续热锻条件下的循环温度场和应力分布。结果表明,相对均质热锻模,以钴基合金为覆层、高速钢为过渡层的多层金属热锻模可以有效改善模具表层温度和应力分布;在一定程度上揭示了多层金属模具结构在热锻服役条件下的力学行为。     

工艺参数对热锻模表层温度的影响模拟分析

热挤压模寿命由于高的热载荷引起其表面层软化而大大下降。本文以套管叉热挤压凸模为例,用DEFORM3D软件对表层温度进行了系统的模拟分析,研究了坯料温度、摩擦因子、压机速度、模具初始状态对模具表层温度场的影响并将所得的数据引入Matlab中进行拟合,找出其变化规律。结果表明：为防止模具表面变形,在设计模具的表层结构和热循环载荷时应特别注意以下两点：①在生产过程中,模具的软化层应小于其表面硬化层;②模具表面的最高温度应小于模具材料的回火温度。     

同步环模具表层温度对模具寿命的影响

热锻模寿命由于高的热载荷引起其表面层软化而大大下降.对同步环成形过程中模具表层温度分布规律进行了系统的分析,研究了坯料温度、压机速度、摩擦因子对其表层温度场的影响:讨论了模具表层温度对其寿命的影响.结果表明:坯料温度越高、成形速度越快、摩擦因子越大,模具表层温度上升越明显;在成形过程中,模具表层温度升高是造成模具失效的主要原因.最后,提出了提高模具寿命的方法.     

热锻模具型腔表层温度场分布及回火效应的研究

温度对热锻模的力学性能有很大影响,温度的变化导致锻模失效。通过对轿车轮毂热锻成形过程的模拟分析,得到了锻模型腔表面和表层的温度分布规律,证明了在热锻模内部温度场呈梯度分布。同时对热锻模具的回火效应进行定性分析,揭示了等效回火温度和等效回火时间对模具的寿命影响。提高热锻模具的使用寿命,关键是尽可能的减少坯料和模具的接触时间来降低模具的温度幅值,为实际的生产提供参考。     

层状材料连杆热锻模锻压全过程仿真分析及模具寿命预测

在考虑大断面功能梯度层状复合材料连杆热模锻模具的材料性能和工况条件基础上,采用有限元分析软件Msc.Superform对层状复合材料连杆热锻模锻压全过程进行了热机械耦合分析。实现了对层状复合材料连杆热锻模,尤其是关键部位即焊层处的非线性大变形全过程的动态模拟仿真,得到了温度场、等效塑性应力应变场在时间和空间上的分布规律,并对模具的寿命进行了预测。     

多层金属热锻模的热机械疲劳寿命预测

热锻模服役环境恶劣,承受剧烈变化的循环热力载荷,极易导致热锻模型腔失效。采用多层金属结构可以显著提高热锻模的寿命与使用效果。以圆柱齿轮坯的锻造工艺为例,利用有限元软件Deform获得了多层金属热锻模在连续热锻条件下的循环温度场和应力分布;建立了多层金属热锻模热机械疲劳寿命预测方法与流程,利用热机械疲劳损伤预测模型对多层金属热锻模寿命进行了预测。结果可为多层金属热锻模的热疲劳寿命提供基础。     

功能梯度表面涂层热锻模的仿真设计与分析

针对热锻模损伤主要发生在模具表面的情况,构想使用梯度功能材料对均质材料制造的热锻模进行表面处理,阐述了梯度材料锻模表面涂层的设计方法,建立了基于Deform软件的热锻成形有限元模型,分析对比了均质热锻模与梯度材料表面涂层热锻模在锻造生产后的温度场和应力场,从而论证了在热锻模表面进行梯度材料表面复合涂层处理的优越性。     

多金属热锻模材料设计

为了提高热锻模寿命,采用有限元方法分析了热锻模连续工作状态下的温度场和应力场。根据温度场的分布将热锻模分为温度波动区、温度平衡区和散热区3个区,模具失效主要发生在温度波动区;根据应力场得出热应力是热锻模失效的最根本的原因。分析了降低热负荷的方法和途径,提出多金属热锻模设计方法。     

气门热锻模具应变疲劳寿命分析

针对气门热锻模具的早期疲劳失效,结合MSC.Marc和MSC.Fatigue数值模拟软件对气门热锻模具的成形过程进行热机耦合模拟,并进行热作模具钢H13(4Cr5MoSiV1)凹模的疲劳仿真与低周疲劳寿命预测。对凹模在热锻过程中的温度分布、等效热应变分布、应变-寿命曲线、周期性变化的节点等效应力等因素进行模拟分析,最终获得了凹模的疲劳寿命分布云图。研究结果表明:最先发生失效的位置在凹模R根部区域,寿命仅1460次,与实际生产情况中模具的失效位置及寿命值相符合,实现了气门热锻模具的疲劳寿命模拟预测。     

铸钢基体双金属堆焊热锻模温度场及其对硬度的影响

工作温度对热锻模的寿命有很大影响,热锻模的失效与其所受热负荷密切相关。通过Deform-3D模拟得到了铸钢基体堆焊模具连续工作状态下的温度分布规律。利用HDX-100数字式显微硬度计检测了该模具服役前后各层的硬度变化。结果表明,锻模连续工作时表层温度范围为550~650 ℃,服役前后硬度变化明显,最大降幅约为250 HV0.5;近表层温度范围为470~550 ℃,服役前后硬度降幅约为40 HV0.5;基体区连续工作时处于315 ℃左右恒温,对该区材料服役前后的硬度影响不大。     

柴油机凸轮轴热锻模热处理工艺改进

5CrMnMo制作的热锻模在工作条件下常出现磨损、断裂及变形失效,为使模具获得硬度和韧性良好配合,针对生产实际中的柴油机凸轮轴热锻模,改进了热处理工艺,采用渗硼强化模腔表面,淬火加高温回火强韧化模具基体的复合热处理方法,使热锻模寿命得到了较大提高。     

长寿命热锻模的磨损分析与寿命预测

连续锻压生产中,热锻模承受热负荷与机械负荷,将导致热锻模因磨损、断裂、塑性变形、机械疲劳等形式失效,其中磨损失效所占比例最大.基于功能梯度材料和表面熔覆相结合的强化技术试制了长寿命热锻模试样,分析对比了均质热锻模和长寿命热锻模的磨损分布,并对两种热锻模使用寿命进行预测.研究结果表明,采用基于功能梯度材料和表面熔覆相结合...     

Estimation of plastic deformation and abrasive wear in warm forging dies

In warm forging, die life is affected by abrasive wear and plastic deformation and may be shortened considerably due to thermal softening of the die surface caused by forging temperature and pressure. In this study, a methodology is developed for estimating abrasive die wear and plastic deformation in a warm forging operation, using a tempering parameter. This methodology consists of: (a) determination of the steady state die temperatures using multiple FE simulations, (b) using the calculated temperatures to predict the plastic deformation of the dies, (c) measuring the surface profile of the worn dies using a Coordinate Measuring Machine (CMM), (d) identifying the wear profiles caused by abrasive wear and plastic deformation, and (e) determining the abrasive wear parameters that can be used for future estimation of die wear in warm forging. The predictions have been compared with experimental results and it was concluded that this method can be used for estimation of die failure (wear and plastic deformation) in hot/warm forging.     

新型高性能热作模具钢RX4在精锻模上的应用简

通过采用EBT＋LF＋VD＋ESR冶炼精炼工艺、钢锭高温扩散均质化技术、三镦三拔多向锻造技术、固溶双细化热预处理技术,获得了一种新型的高性能热作模具钢RX4,该模具钢的纯净度、均匀性和等向性均得到了有效地保证。在此基础上,本文研究了RX4材料的组织、性能和在精锻模具上的应用情况。结果表明,RX4材料具有较高的热稳定性、高温强度、及抗热疲劳性能。RX4精锻模具现场使用情况表明,在相同的工艺条件下,其精锻模具的平均寿命较H13同类产品有较大幅度的提高。     

Influence of heat pipe cooling on the wear of hot forging dies

The temperature of hot forging dies has a high influence on the wear of tool surfaces. In order to reduce the thermal impact on tool life, passively acting heat pipes are tested and the results are presented within this paper. For this purpose, the upper die of a commonly used hot forging tool was equipped with heat pipes and serial forging trials have been performed. The influence of the heat pipes on the die temperature as well as the effects on wear behavior are presented. The heat pipe cooling leads to a lower die temperature and thus to a reduction of adhesive wear. The wear is examined by optical and tactile measurements as well as by micrograph analyses. Conclusively, hardness tests of the tool edge layer are carried out.     

Finite element analysis of die wear in hot forging processes

Design optimization of hot forging dies requires an accurate estimation of die wear. The presented paper introduces a finite element model for wear estimation that includes the process related thermal effects on hardness of the tool material. Fundamental investigations concerning the hardness evolution due to thermal softening of the tool material are presented. To obtain necessary data for model calibration by means of statistical analysis, optical measurements are performed on several industrial forging dies. The introduced model is proved to be applicable in wear estimation of hot forging dies over a large number of operating cycles.     

锻模瞬态温度测量仪

本文介绍了一种锻模工作表面和内部瞬态温度直接测量的仪器，它能峰值保持锻模各测点瞬态温度值，并能借助瞬态示波器观察温度信号的变化波形。该仪器的研制成功，不仅解决了锻模瞬态温度的测量难题，为锻模工作表面改性与强化工作的开展提供了技术储备；为提高锻模和设备的使用寿命，推动我国锻模生产向自动控制水平发展创造了条件；为锻模热疲劳强度理论的发展和模具热流控制理论的创立奠定了基础；而且在现代工程技术的各个领域──如航空、航天、汽车内燃机械和激光能量测定等领域中具有非常广泛的应用前景。     

行星齿轮精锻工艺分析与试验研究

根据齿轮精度检验的指标,提出了精度控制需要注意的问题,并针对每个问题提出解决办法。在系统分析热精锻和冷锻成形过程中齿形、齿面、弹性变形及模具寿命等问题的基础上,确定了热精锻-冷精整工艺流程,完成了精锻件及热精锻模的设计。对不同坯料尺寸和镦粗比的热精锻工艺过程进行了试验研究,分析了坯料和镦粗比对齿形充满的影响。研究结果表明,采用直径小于分锥角小端直径的坯料,选定镦粗比1．5进行热锻成形,锻造的热精锻齿轮齿形、齿顶充满效果较好,冷精整后的齿形饱满准确,在对氧化铁皮进行彻底清理后,锻件表面质量良好。