冷挤压组合凹模的应力场数值模拟及疲劳寿命估算研究

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1、四川大学硕士学位论文冷挤压组合凹模的应力场数值模拟及疲劳寿命估算研究材料加工工程专业研究生：黄荣学指导教师：范洪远教授应力水平是造成冷挤压模具疲劳开裂的最主要原因，由于挤压成形过程中凹模内的应力变化十分复杂，对于挤压模具失效机理和原因缺乏较深入细致的研究。本文在分析了国内外材料成形有限元模拟的发展动态和FEM法在模具分析中的应用研究的基础上，采用有限元软件DEFROMTM-3D对冷温下的AISI1010钢材毛坯进行挤压成形模拟，在成形条件相同的条件下，分别分析挤压过程中整体式凹模和有预应力的组合式凹模的应力应变分布和变化情况，结果表明：(1)采用弹塑性有限元模型分析挤压过程模具的应力

2、应变变化情况，模拟结果可靠，说明FEM法分析模具的力学行为是可行、有效的。从模拟结果来看，切向应力和径向应力峰值均出现在凹模内壁拐角处附近，应力集中较严重，容易导致模具的疲劳开裂。(2)传统的冷挤压组合模具优化设计是基于Lame公式，而Lame公式引入了许多假设并简化了作用条件，难以准确描述模具的真实应力应变情况，因而很难达到真正优化模具设计的目的。利用有限元模拟可以较全面、准确的掌握模具的力学信息。如：模具的应力、应变、应力集中、切向应力(变)、径向应力(变)、等效应力应变等的预测分析，为模具的优化设计和疲劳寿命估算研究提供了有效的理论依据，节省大量的试验费用。(3)通过对冷挤压整

3、体式凹模和有预应力的组合式凹模两个方案的模拟结果进行比较，得出有预应力的组合凹模的应力应变分布情况较整体式的更为理想，能较大幅度地减小凹模内的切向拉应力，降低了模具材料受拉应力对的危险性，等效应力峰值也有所下降，从而可以提高模具的强度。通过剖析挤压过程中凹模的应力应变分布规律，本文采用局部应力一应变l冷挤压组台凹模的应力场数值模拟皮疲劳寿命估算研究方法建立起与模具应力应变紧密相关的疲劳寿命估算模型。根据有限元模拟结果估算出凹模疲劳寿命，为挤压组合凹模的优化设计提供了新的方法和途径。基于本文的计算模型，采用局部应力一应变法计算得到，整体式的挤压凹模寿命不足3000次挤压循环，而采用有预

4、应力的组合凹模时，寿命可达到10000次左右，是整体式凹模的3-4倍。考虑到尺寸效应、应力梯度等的影响，文中还对疲劳强度指数b进行了修正，使估算模型更加接近实际地预测模具的低、中、高周疲劳寿命。修正后得到的估算结果有所提高，改变了疲劳寿命估算过于保守的局限性。模具FEA分析与寿命估算模型的建立，使挤压模具的疲劳寿命估算有理论可依，估算结果可以定性的判断模具设计的优劣，为模具开发和企业生产提供参考依据。关键词：挤压；组合凹模；有限元模拟；应力应变分析；疲劳失效；寿命估算。Il璺型盔兰婴圭堂垡堡塞一FEAnalysisofComposedDiesStressinColdExtrusion

5、ProcessandStudyonFatigueLifeofDiesMaterialProcessingEngineeringPostgraduate：RongxueHuangSupervisor：HongyuanFanDiestressisoneofthemainfactorscausingdamageofcold—extrusiondies．Themechanicsoffatiguehasnotbeenstudieddeeplyduetothecomplexprocessesindiestressalternation．Baseonthedetailreviewsofthedev

6、elopmentofmaterialsforminganddiess订essesanalysisusedfiniteelementmethod(FEM)，inthiswork，thecoldformingprocessofAISI1010billetissimulatedbyusingthecommercialfiniteelementanalysispackage．DEFROMTM‘3D．Foracomparisonwiththedistributionofstress／strainindie，twoFEMmodelingapproachesaresimulated，whichar

7、eintegraldieandcomposeddiewithpre．stress．Themainresultscanbelistasfollowed：(1)Fromconsiderationofthedieasa11elasto-plasticbody,theFEMresultsarecredible．Itisshowedthatthefiniteelementmethodusedindiestressesanalysisisfeasibleandeffe