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畢業(yè)論文_deform模擬坯料在旋轉(zhuǎn)鍛造中的應(yīng)力變形-在線瀏覽

2024-11-01 15:52本頁面
  

【正文】 分偏析,加之碳含量較高,碳化物偏析嚴(yán)重,惡化了熱加工性能,其熱加工只能在較窄的溫度區(qū)間進行。該類鋼若采用自由鍛造,錠到才需開中間坯,需多火次才能完成。采用徑向鍛造,則只需一火次即可完成全部變形過程,始鍛溫度與終鍛溫度差僅為40~50K。因此徑向鍛造變形溫降小的特點尤其適合高速工具鋼、高合金冷作模具鋼、不銹鋼及高溫合金、鈦合金等南變形材料的鍛造。高速鋼鍛件鍛后應(yīng)緩冷,可以在爐中冷卻或置于爐口外裝料板上緩冷至室溫后,及時作退火處理。退火的目的是消除應(yīng)力,降低硬度,使顯微組織均勻,便于淬火。淬火時由于它的導(dǎo)熱性差一般分兩階段進行。工廠均采用鹽爐加熱,現(xiàn)真空爐使用也相當(dāng)廣泛。為使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變,進一步提高硬度和耐磨性,一般要進行2~3次回火,回火溫度560℃,每次保溫1小時[10]。許多工程分析問題,都可歸結(jié)為在給定邊界條件夏秋季起控制方程(常微分方程或偏微分方程的問題。對于大多數(shù)的工程技術(shù)問題,由于物體的幾何形狀比較復(fù)雜或者問題的某些特性是非線性的,則很少有解析解。因此,在利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)、力學(xué)理論的基礎(chǔ)上,借助于計算機計算來獲得滿足工程要求的數(shù)值解,這就是數(shù)值模擬技術(shù),也就是計算機仿真技術(shù)。模型仿真,即用數(shù)學(xué)模型代替實際系統(tǒng)進行分析、研究或?qū)嶒?。為獲得最佳設(shè)計對各種方案進行比較。計算機模擬與優(yōu)化在高速鋼鍛造生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。另一方面可以模高速鋼在鍛造過程中的顯微組織變化,并預(yù)報軋后鋼的性能,從而優(yōu)化工藝參數(shù),代替大量金相實驗和工藝參數(shù)研究,保證鋼材所要求的組織和性能[11]。2 精鍛機設(shè)備特點及結(jié)構(gòu)介紹 精鍛機的特點精鍛機是一種快速精密鍛壓設(shè)備,由2~8個對稱錘頭對金屬坯料進行高頻率鍛打的短沖程壓力機。鍛壓時坯料由操作機的夾頭送入鍛壓箱進行往復(fù)鍛壓。鍛件的精度:熱鍛的外徑177。 mm;冷鍛的外徑177。 mm。如工件為圓截面,則一面低速旋轉(zhuǎn),一面軸向進給移動;如工件為非圓截面,則只軸向進給而不旋轉(zhuǎn),將鋼錠直接鍛成方鋼、扁鋼等。徑向鍛造每次壓縮量小,每分鐘鍛打次數(shù)高,這種方法可用于熱鍛或冷鍛[12]。這對加工溫度范圍窄的高合金鋼、鈦合金或難變形合金的生產(chǎn)非常合適,保證了產(chǎn)品質(zhì)量。數(shù)控鍛壓能保證產(chǎn)品有更高的精度,尺寸公差達177。世界上有許多國家在冶金、機械制造、國防工業(yè)上采用了精鍛機來生產(chǎn)合金結(jié)構(gòu)鋼、高強度合金鋼、鈦合金和難變形合金的產(chǎn)品。此外,徑向鍛造機自動化程度高,生產(chǎn)的鍛件精度高,表面粗糙度小。另外,由于打擊頻率高,產(chǎn)生變形熱,使鍛件局部溫度上升,導(dǎo)致合金顯微組織不均勻,影響性能。噸位從80~2500T,最大噸位的SX85徑向鍛機,錘頭最大鍛打力為29420 kN,打擊次數(shù)125次/min。從 20世紀(jì)80年代中期至今,我國已從奧地利引進了400T,500T,800T,1000T和1400T,主要用于鍛制特種鋼、工具鋼和鍛件,使用效果比較理想。 GFM公司生產(chǎn)的SX55型精鍛機 精鍛機的類型在國內(nèi)外精鍛機產(chǎn)品中,按主機傳動方式分機械式和全液壓兩種形式,并且隨著液壓技術(shù)的快速發(fā)展,與控制系統(tǒng)良好的接口技術(shù),全液壓精鍛機的優(yōu)勢更加明顯。三種類型功能各有差異,應(yīng)用范圍也不盡相同。(1)繼電器控制方式是延續(xù)了幾十年的傳統(tǒng)控制方式,其電路結(jié)構(gòu)簡單,技術(shù)要求不高,成本較低,相應(yīng)控制功能簡單,適應(yīng)性不強?,F(xiàn)在,國內(nèi)早期引進許多精鍛機是以這種機型為主。(2)可編程控制器是在繼電器控制和計算機控制發(fā)展的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的,并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心,把自動化技術(shù),計算機技術(shù),通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,可編程控制器的功能更加豐富。因此,可編程控制器控制方式是介于繼電器方式和工業(yè)控制計算機控制方式之間的一種控制方式。這種控制方式以工業(yè)控制機作為主控單元,以CNC控制技術(shù)直接應(yīng)用數(shù)字閥實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制、同時利用各種傳感器組成閉合回路的控制系統(tǒng),達到精確控制的目的,這種控制方式主要有如下特點:①具有友好的人機交互性,操作簡單。數(shù)字控制的行程長度及工作行程與傳統(tǒng)的機械的行程開關(guān)控制相比,精度有極大的提高。④預(yù)存工作模式,可對不同工件的工藝過程、工藝參數(shù)預(yù)先存儲和重復(fù)調(diào)用,縮短調(diào)整時間。 ⑥在安全方面,可利用軟件進行故障預(yù)診斷,并自動修復(fù)故障和顯示錯誤。精鍛機由手動、半自動發(fā)展到自動控制,70年代又發(fā)展到用計算機控制。70年代以來,精鍛工藝又發(fā)展為精鍛軋制工藝,并創(chuàng)造了精鍛軋機組,它由一臺多錘頭的連續(xù)式精鍛機后帶若干架軋機組成,主要用在合金鋼廠生產(chǎn)小型棒材。提高精鍛機的工作效率,降低生產(chǎn)成本。充分合理地利用機械和電子方面的先進技術(shù)促進整個液壓系統(tǒng)的完善。 微電子技術(shù)的高速發(fā)展為精鍛機的自動化和智能化提供了充分的條件。 (4)液壓元件的集成化,標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機器的維修帶來方便。隨著精鍛機的高速和自動化,限制噪聲和震動、防止環(huán)境污染、消除人身事故、保證精鍛機安全可靠地進行自動化生產(chǎn)就顯得非常重要了[1516]。DEFORM2D ,1998年退出了三維系統(tǒng)DEFORM3D。通過在計算機上模擬整個加工過程,幫助工程師和設(shè)計人員:①設(shè)計工具和產(chǎn)品工藝流程,減少昂貴的現(xiàn)場試驗成本。③縮短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。它具有非常友好的圖形用戶界面,可幫助用戶很方便地進行準(zhǔn)備數(shù)據(jù)和成形分析。DEFORM專為大變形問題設(shè)計了一個全自動的、優(yōu)化的網(wǎng)格再劃分系統(tǒng)。前處理器處理模具和坯料的材料信息及幾何信息的輸入、成形條件的輸入,建立邊界條件,它還包括有限元網(wǎng)格自動生成器。后處理器是將模擬結(jié)果可視化,支持OPGL圖形模式,并輸出用戶所需的模擬數(shù)據(jù)[17]。(2)熱處理:①模擬正火、退火、淬火、回火、滲碳等工藝過程?;旌喜牧系奶匦匀Q于熱處理模擬中每步各種金屬的百分比。擁有相應(yīng)的模塊之后這些耦合將包括由于塑性變形引起的升溫、加熱軟化、相變控制溫度、相變內(nèi)能、相變塑性、相變應(yīng)變、應(yīng)力對相變的影響以及含碳量對各種材料屬性產(chǎn)生的影響等[18]。針對這種剛塑性材料建立的有限元法就稱為剛塑性有限元法,它是小林史郎(Shiro Kobayshi)和李()于1973年提出的,二十年來已得到很大的發(fā)展,廣泛應(yīng)用于分析各種塑性加工問題。 拉格朗日乘子法 它所用的變分原理是基于最小勢能原理的混合變分原理,將不可壓縮約束條件用乘子 λL 相乘代入勢能中來修正勢能。其主要特點是同時以節(jié)點位移和靜水壓力為基本未知量進行聯(lián)立求解。 該方法的優(yōu)點是直觀,且不必對零體積膨脹約束進行特殊處理;缺點是增加了自由度數(shù)目,即拉氏乘子λL的數(shù)目,λL的出現(xiàn)會增加最后切向剛度方程的帶寬,使運算效率降低,另外導(dǎo)致了離散矩陣的非定性,難用一般方法求解。 罰有限元法 將罰函數(shù)的概念引入有限元中,把應(yīng)變能分解成偏應(yīng)力和體應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變的疊加形式,通過選擇適當(dāng)?shù)膽土P函數(shù),利用罰因子放松不可壓縮的約束條件,最終得到只含位移未知量的離散方程。對剛度矩陣中體變部分用低于其他項積分階段的簡化積分法,由于是有選擇的不同積分階段,所以也稱選擇積分法。優(yōu)點是由于乘法函數(shù)的引入,使得剛度矩陣對角線上的零元素消失,變得對稱正定,可以通用的解法進行求解;缺點是為了確保迭代過程的收斂,要適當(dāng)?shù)倪x擇懲罰因子。 雜交應(yīng)力元采用的是基于最小余能原理的Reissner變分原理,以節(jié)點位移和應(yīng)力作為基本未知量,對于不可壓縮橡膠類材料又引入靜水應(yīng)力作為基本未知量。 雜交應(yīng)力元在單元內(nèi)放松了對位移的約束,使單元有比較適中的剛度,一般能給出比較準(zhǔn)確的位移解,由于直接假定了單元內(nèi)的應(yīng)力模式,沒有求導(dǎo)引起的精度損失,而且可以根據(jù)具體問題選擇最優(yōu)的應(yīng)力模式,使得單元內(nèi)應(yīng)力值及其分布規(guī)律更為合理。 4 高速鋼精鍛過程建模 Pro/Engineer簡介Pro/Engineer是世界上最成功的CAD/CAM軟件之一,它是美國PTC公司的產(chǎn)品。它的產(chǎn)品功能模塊包括:基本模塊、曲面造型、特征定義、裝配設(shè)計、組件設(shè)計、工程制圖、圖表設(shè)計、電纜制造、模具設(shè)計、鈑金設(shè)計、有限元網(wǎng)格等Pro/Engineer軟件具有強大的實體造型功能。Pro/Engineer能完成任何工業(yè)設(shè)計,而且任何設(shè)計思想都能得到體現(xiàn)。設(shè)計人員可在計算機上直接進行三維設(shè)計,在屏幕上能夠見到產(chǎn)品的真實三維模型,這是工程設(shè)計方法上的一個重大的突破。 (2)參數(shù)化設(shè)計。 (3)特征設(shè)計。這樣便于實現(xiàn)并行工程,使得設(shè)計繪圖、計算分析、工藝審查等后續(xù)工作都順利的完成。 (5)具有與其它有限元分析軟件無縫接口功能。 (7)能進行二次開發(fā),完成用戶的特殊要求[20]。錘頭以前視基準(zhǔn)面,坐標(biāo)原點為錘頭下便面中心點建立。將建好的所有模型,具體尺寸見附表1。將建好的模型,保存為STL格式文件。夾持器是用來夾緊棒料,帶動棒料送進和旋轉(zhuǎn)的機械手臂。將建好的模型,保存為STL格式文件。精鍛機共有四個錘頭和夾持器,故添加5個模具。將建好的錘頭、坯料及夾持器模型導(dǎo)入到DEFORM3D中。目的是使各錘頭同軸同心,以保證在鍛造過程中每個錘頭的作用效果相同,盡量與實際生產(chǎn)接近。將導(dǎo)入后的錘頭以X軸旋轉(zhuǎn)90176。將導(dǎo)入的
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