高速冷打热力耦合作用下成形机理研究硕士学位论文

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1、分类号密级UDC编号硕士学位论文高速冷打热力耦合作用下成形机理研究学位申请人：朱文娟指导教师：崔凤奎教授学科专业：机械制造及其自动化学位类别：工学2013年5月摘要论文题目：高速冷打热力耦合作用下成形机理研究专业：机械制造及其自动化研究生：朱文娟指导教师：崔凤奎摘　要高速冷打成形关键理论研究是冷打成形技术发展的迫切需求。高速冷打成形是一个多因素耦合作用下的复杂成形过程，目前对冷打成形进行的研究都是基于纯力学和材料学角度，没有涉及冷打过程中产生的热效应，而热效应引起的工件内部不均匀的温度场将影响工件金属的流动性，进而对成形零件质量和性能产生影

2、响。为此，本文采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，对高速冷打热力耦合作用下成形机理进行系统的研究，以提高其成形零件的使用性能和表面质量，主要研究内容和结果如下：分析了高速冷打热力耦合形成过程，基于连续介质力学理论建立了高速冷打成形过程中工件塑性耗散的热传导能量方程式，给出了方程式的求解方法。得出冷打成形过程中产生的热量主要是由于工件不可逆塑性变形功的热耗散和工件、滚打轮截面摩擦生热；高速冷打成形过程中产生的热耗散能依赖于工件材料的塑性变形本构方程。进行了40Cr调质钢常温条件下、应变速率为0.004s-1的静态实验和温度为20~4

3、000C、应变速率为632~5160s-1的动态实验，分析了温度和应变速率对流动应力的影响及动态实验中产生的绝热温升。得出40Cr调质钢具有较强的应变速率和温度敏感性；确立了描述40Cr调质钢流动应力的本构方程，拟合得到了本构方程中的相关参数；分析了40Cr调质钢流动应力本构方程与实验数据的相关性，得出所确立的本构方程可以较好地描述40Cr调质钢在不同温度和应变速率下的流动应力。建立了高速冷打热力耦合有限元分析模型，实现了冷打成形过程的可视化，分析了工件几何构形的变化、等效应力场、等效应变场和温度场的分布情况。得出工件表面两侧的突起、中间凹

4、陷是由金属的体积不可压缩性和金属流动符合最小阻力定律共同完成的；工件的温度分布和等效塑性应变分布是不均匀的：剧烈变形区的等效塑性应变高，温升高，难变形区的等效塑性应变低，温升低。对比分析了考虑热效应和不考虑热效应等效应力、等效应变和接触力的分布情况。I摘要得出高速冷打成形过程中热力耦合作用的实质是能量的转化，揭示了高速冷打成形过程中的热力耦合形成机制。分析了本构方程、滚打轮形状、工件形状、摩擦系数和滚打轮转速对冷打成形过程中等效应力场、变形场、温度场、接触力及成形尺寸的影响规律。得出材料参数是影响冷打成形件的重要因素，存在一个最佳转速，使成

5、形件质量和性能最优，为工艺参数的优化、成形工件质量预测与控制提供了依据。关键词：高速冷打，热力耦合，本构方程，有限元论文类型：应用基础研究本文的研究得到了国家自然基金项目(项目编号：51075124、50975229)的资助。I摘要Subject:Studyonformingmechanismcoupledthermo-mechanicsofcoldrollingSpecialty:MachineManufactureandAutomationName:ZhuWenjuanSupervisor:CuiFengkuiABSTRACTKeyt

6、heoreticalstudyofhigh-speedcoldrollingisofurgentneedinthedevelopmentofhigh-speedcoldrollingformingtechnology.High-speedcoldrollingisacomplexplasticformingprocessundercoupledeffectsofmulti-factors.Currentresearchisbasedonpuremechanicsandmaterialangle;thermaleffectsarenotinv

7、olvedinthecoldrollingformingprocess.Whilenon-uniformtemperaturecausedbythermaleffectsaffectsmetalflowoftheworkpiece,thusthequalityandperformanceofformingpartisaffected.Therefore,inthispaper,inordertoimprovethequalityandperformanceofformingparts,asystematicinvestigationonfo

8、rmingmechanismcoupledthermo-mechanicsofcoldrollingwascarriedoutusingnumericalsimulation,c