轿车前轮毂闭式热锻模温度场、应力场仿真分析

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1、摘要热锻模在服役过程中工况恶劣，其寿命普遍很低，从而直接影响了锻件的成本和生产单位的经济效益。热模锻在模锻行业占有主导地位，我国热锻模平均寿命与国际先进水平有较大差距。因此，如何提高模具的使用寿命，降低锻件成本是热加工行业中亟待解决的问题。本文以DEFORM．2D有限元软件为工具，以轿车前轮毂闭式热锻模为原型，对材料为H13的热锻模的温度场、应力场进行仿真模拟，得到了热锻模连续工作的温度场和应力场。文中将热锻模连续工作到热平衡状态时的温度场定义为连续工作的温度场。在此热平衡状态下，热锻模每一次工作循环吸收

2、的热量等于其向外界散发的热量。通过追踪垂直于等温线方向上的各点的温度变化，找到了温度的波动边界，将热锻模连续工作的温度场划分为温度波动区和温度梯度区。在温度波动区，离模膛表面越近，温度梯度越大，温度梯度最大值达86．4℃／mm。模膛表面危险点的最大综合等效应力为1870MPa，当锻模进入热平衡状态后，该处应力值有所减小，为1750MPa。实际的工作过程证明，占锻模体积很小一部分的温度波动区是热锻模发生损伤失效的主要区域。通过观察模膛表面点在各个工作循环中的温度变化发现，留模时间对温度场影响最为显著，为此，

3、本文模拟了热锻模在不同留模时间下的温度场。通过对比，得出了如下结论：留模时间越长，模体温度上升越快，热锻模达到平衡状态所需要的工作循环次数越少，连续工作时温度场的温度越高。因此，为了避免锻模温度过高，随着模锻的进行，留模时间应尽量缩短。最后，本文基于多层金属热锻模的设计思路，将温度波动区的表层材料采用多层金属涂层，建立多层金属热锻模模拟模型，分析了其温度场、应力场分布。通过对比发现，多层金属热锻模确实有利于降低模膛表面的温度，同时降低热锻模的综合等效应力，达到提高热锻模寿命的目的。本文模拟了闭式热锻模连续

4、工作的温度场、应力场，划分了锻模的温度区间，并在此基础上模拟了多层金属热锻模的温度场、应力场，为后续热锻模功能梯度材料的研制提供了有效的模拟依据，相信对热锻模寿命的提高有促进作用。关键字：热锻模，多层金属，温度场，应力场，功能梯度材料AbstractTheworkingconditionofhotforgingdieisverybad，itsservicelifeisverylowgenerally．Thecostofthepiecesandtheeconomicefficiencyofthemanufa

5、ctorywereaffecteddirectly．Theimpactforgingholdsthedominantpositionintheforgingprofession．Thereisabiggerdisparitybetweenaverageservicelifeofhotforgingdieofourcountryandtheinternationaladvancedlevel。Therefore，howtoenhancetheservicelifeofhotforgingdieandhowt

6、oreducecostofthepiecesaretheproblemsinthisindustrytobesolvedurgently．Inthispaper,regardDEFORM一2Dprogramastool，andtheclosedhotforgingdieforfrontwheelhubofcarasprototype，wesimulatethetemperaturefieldandstressfieldofhotforgingdiewhichmadeofH13，wegetthestress

7、fieldandtemperaturefieldwhenforgingdieworkinsuccession．Wedefinetemperaturefieldwhendieworksinthermalbalanceastemperaturefieldofworkinginsuccession．Theheatabsorbedinoneworkingcycleequalstoheatthatdiedistributetotheenvironmentinthesamecyclewhenforgingdiewor

8、ksunderthermalbalance．Wegetthefluctuatingboundaryoftemperaturethroughtracingthetemperaturechangeofpointsonthelinewhichnormaltoconstanttemperaturelines，thendividetheforgingdieintofluctuatingandgradientareaoftemi萤erat