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《基于剛塑性有限元的GFM精鍛鍛透性仿真》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第27卷第2期河南科技大學學報：自然科學版Vol.27No.22006年4月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScienceApr.2006════════════════════════════════════════════════════════════════文章編號：1672-6871（2006）02-0001-03基于剛塑性有限元的GFM精鍛鍛透性仿真周旭東1，戴曉瓏2，王國宣3，高全德3，白振拴3，孟惠霞4（1.河南科技大學材料科學
2、與工程學院，河南洛陽471003；2.北京師范大學信息科技與技術(shù)學院，北京100083；3.河南中原特殊鋼廠，河南濟源454685；4.河南省濟源職業(yè)技術(shù)學院，河南濟源454686）摘要：采用商用軟件DEFORM用剛塑性有限元理論對GFM精鍛鍛透性進行了仿真研究，確認了GFM鍛不透的問題并指出鍛透性最大只能達到約60%，且與摩擦條件的影響關(guān)系不大，進而得出了GFM鍛透性FPE與壓下率Δh/R的5次方回歸關(guān)系式，為GFM精鍛的工藝設(shè)計提供了參考。關(guān)鍵詞：GFM精鍛；鍛透性；剛塑性有限元；工藝設(shè)計中圖分類號：TG311；T
3、P391.9文獻標識碼：A0前言與普通鍛造采用鍛造比和擠壓比不同，GFM精鍛機進行鍛造主要是對鑄鍛件進行表面鍛造，其中如何確定鍛透性是最關(guān)鍵的問題之一。所謂鍛透性是指在坯料的整個厚度上鍛造時所能達到的變形深［1-3］淺程度。鍛透性與鍛造設(shè)備噸位大小、上下砧塊寬度、金屬變形速度及鍛坯材料等因素有關(guān)，一般來說，鍛造設(shè)備噸位越大，變形速度越小，坯料在厚度方向的鍛透性就越大，反之，鍛透性就越小。當鍛造設(shè)備的打擊能力一定時，若平砧的寬度同坯料厚度之比為0.5時，可以得到滿意的鍛透性；二者之比小于0.5時，中心的粗大晶粒常得不到充
4、分的打碎，同時由于金屬表面層變形大，內(nèi)層變形小，易在中心引起拉伸應力，嚴重時能使坯料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋以及造成端面凹陷等缺陷；二者之比大于0.5時，雖然能得到最大的鍛透性，但坯料的拔長速度較小。GFM精鍛機鍛透性最早是由德國人根據(jù)經(jīng)典理論提出的，是以錘頭與鍛件接觸長度為底邊，作等腰直角三角形得出的深度。文獻［4，5］采用云紋法基于實驗來研究GFM鍛造變形過程的理論，利用柵的變化來得到位移場和應變場，研究表明，隨著錘頭壓下量的增加，工件的塑性變形區(qū)不斷擴大，鍛透深度不斷增加，但心部幾乎未變形。文獻［6］采用滑移線場和矩陣理論對
5、GFM鍛透性進行了較為系統(tǒng)的力學研究和試驗驗證。文獻［7］采用流函數(shù)法對鍛透性進行了解析，認為GFM精鍛過程存在鍛不透的問題。文獻［4］利用不同變形程度下合金的微觀組織來研究鍛透性。文獻［8］提供了GFM自由鍛專用模塊，為GFM鍛透性的研究提供了強有力的工具。本文采用商用軟件DEFORM的剛塑性法對GFM精鍛進行數(shù)值模擬，并對數(shù)值模擬結(jié)果進行歸納，仿真研究得出了GFM鍛透性FPE與壓下率Δh/R的定量關(guān)系。1剛塑性有限元理論文獻［9，10］采用拉格朗日乘子法構(gòu)造剛塑性有限元新泛函，以求解速度場。新泛函的變分形式為—?·
6、·δπ=∫σδεdV+λδεvdV+εδvλdV-FδiuidS=0（1）V∫V∫V∫SF采用ui表示第i節(jié)點速度，其變分用δui表示；j表示第j單元，由式（1）得?π?π=Σ（）（j）=0（2）?uij?ui式（2）為非線性方程，其線性化為基金項目：河南省自然科學基金項目（200410464013）；河南科技大學科學研究基金項目（20020007）作者簡介：周旭東（1963-），男，遼寧錦縣人，教授，博士，主要從事材料成形物理和數(shù)值模擬與智能優(yōu)化研究.收稿日期：2005-09-08·2·河南科技大學學報：自然科學版2
7、006年2?π?π［］u=u+［］u=uΔuj=0（3）?ui0?u?iuj0式（3）可以寫成如下形式KΔu=f（4）式中K為剛度矩陣；f為外力。式（4）收斂的標準為??‖Δu‖‖Δf‖?≤0.005和?≤0.05（5）‖u‖‖f‖式中Δu為疊代運算前后速度之差值；Δf為疊代運算前后力之差值。2剛塑性有限元模擬2.1基本假設(shè)及加工條件的設(shè)定（1）令整個模擬過程為恒溫，不考慮溫度效應。（2）視模具為剛體。（3）忽略材料的重力及慣性作用。（4）不考慮材料的缺陷及密度變化等問題。（5）工件視為完全剛塑性體，材料具有各向同性及
8、均勻性。在DEFORM模擬時，工件材料為35#鋼橫斷面直徑設(shè)為φ20mm（見圖1），加工時溫度為1025℃；工具（錘頭）為14mm（寬）×3mm（高），速度為250mm/s；工具與工件之間的摩擦為恒剪摩擦，摩擦因子m分別為0、0.12、0.7。2.2有限元分析模式及分析結(jié)果2D模型采用DEFORM提供的前處理程序建模。圖1為等效應
