双向拉应力条件下锻件内部孔洞缺陷的模拟分析.pdf

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1、No．4《大型铸锻件》July20l2HEAVYCASTINGANDFORGING双向拉应力条件下锻件内部孔洞缺陷的模拟分析常海平(中信戴卡轮毂制造股份有限公司产品研制开发部，河北066003)摘要：采用有限元技术对受双向拉应力作用的正方体锻件的内部中心孔洞进行了模拟分析。得出结论：不同的拉应力比值是影响锻件内部孔洞体积、短轴变化的主要因素，孔洞长轴的变化则主要取决于锻件的变形率。关键词：锻件；孔洞缺陷；数值模拟；双向拉应力中图分类号：0242．21TF771．2文献标识码：ASimulationAnalysisofInnerHoleDefectofForgingunderBi

2、axialStressChangHaipingAbstract：Thesimulationanalysisisperformedfortheinnercenterholeofcubeforgingsunderbiaxialstressbyfi-niteelementtechnique．Theresultshowsthatthedifferenttensilestressratiosarethemainfactortoinfluencethechangeofforginginnerholevolumeandshortaxis，andthechangeofholelongaxisi

3、sdependondeformationrateofforging．Keywords：forging；holedefect；numericalsimulation；biaxialstress大型锻件内部孔洞缺陷的研究是大型锻件理面论研究的一个重要课题，它为制定大型锻件锻造面工艺和研制新工艺提供了依据，同时它又制约着大型锻件理论研究工作的进一步发展，在大型锻件的生产和研究中有着不可替代的作用。对称面目前，对孔洞缺陷的研究，国内外大部分工作Z仅停留在研究孔隙性缺陷的闭合过程上，已有的局部网格孑L隙性缺陷的闭合条件基本上都考虑了静水应力细化八r对孔洞闭合的影响，有些计算还考虑了锻件尺

4、寸及孔洞形状对孔洞闭合的影响。但是，对锻件受图1网格模型Figure1Themeshmodel双向拉应力时孔洞变形研究还没有明确的结论。本文采用Deform软件，对在双向拉伸条件下正方在对称面上施加对称约束，分以下两种情况体内部孔洞缺陷进行分析，总结其变形条件，这也进行模拟计算：对制定锻造成形工艺具有参考意义。(1)正方体面、】，面施加均布拉力，且在变形中保持不变，称之为条件A。1有限元模型的建立(2)正方体向、l，向施加均布拉力，z向为取边长为500mm的正方体，在其中心处设均布压力，且在变形中保持不变，称之为条件B。置直径为1mm的球形孔洞。利用正方体结构的向的均布拉力为P

5、，Y向均布拉力为P，Z对称性，模拟时取其1／8建模。网格划分采用四向均布压力为P，加载时间为t。面体单元，并在孔洞区域进行了局部细化，网格模2数值模拟结果与分析型如图1所示。锻件材料为45#钢，视为刚塑性材料，变形温度为1200oC。为锻件沿l，方向的变形率，z坐标轴代表球形孔洞经变形成椭球的短轴，坐标轴代表中轴，收稿日期：2012—o3—12Y坐标轴代表长轴。作者简介：常海平(1978一)，男，硕士，工程师，主要研究方向为材料加工工艺及设备。2．1条件A下的孔洞变形18No．4《大型铸锻件》July2012HEAVYCASTINGANDFORGING由图6可知，在条件B、P不

6、变的情况下，孔图8是在P=100MPa、P=一70MPa、P分洞在P与P的比值为1：1时体积减小的最快；别为100MPa、110MPa、120MPa条件下，孔洞长￡珊簿P与P的比值越大，孔洞体积减小的越慢。轴随增加的变化曲线。∽叭∞同时，模拟还得出以下结论：孔洞在P=P由图8可见，孔洞长轴均随的增加而近似线=100MPa、P=一100MPa时的体积小于P=P性增大。对于同一叼值，孔洞长轴大致相等，即：100MPa、P=一70MPa时的体积，即在条件B在上述情况下，P的变化对长轴基本无影响。所下，P值越大，孔洞体积越小。以在P不变时，孔洞长轴变化与P、P的大小无2．2．3孔洞短轴

7、变化关，只与变形率卵有关。图7是在P=100MPa、P=一70MPa、P分3结论别为100MPa、110MPa、120MPa条件下，孔洞短轴随叼增加的变化曲线。对在双向拉应力条件下正方体锻件内部的中心孔洞缺陷进行了有限元模拟，得出以下结论：(1)不受压力的情况下，孔洞体积和尺寸均持续扩展，无闭合可能。P：P=1：1时，孔洞体积扩展最大，两者的比值越大，孔洞体积的扩展越小。(2)当P<0时，在所研究的1条i件下，变形中1l寸j_内部孔洞的体积和尺寸呈减小趋势，孔洞存在闭合可能。且在P恒定、P：