冲击载荷作用下的锻锤热力耦合分析

宋四化, 容芷君, 但斌斌, 任中立, 余 念, 刘宗锴

(1.武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室，湖北 武汉，430081;2.武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室，湖北 武汉，430081；3.中冶宝钢技术服务有限公司，上海，200941)

径向锻造是一种利用两个或多个径向移动的砧座或锤模生产实心或空心变断面锻件的热锻或冷锻生产工艺，具有锻造效率高、变形温降小、锭料或坯料表面变形充分等优点[1]。锻锤工作面与高温炽热金属相接触，并且承受着巨大的循环冲击载荷以及打击过程中因金属流变而产生的巨大摩擦力，锤头极易发生变形、产生裂纹甚至断裂报废。恶劣的服役条件对锻锤提出很高的技术要求，如高温状态下的红硬性、抗冲击疲劳裂纹和疲劳龟裂能力、抗脆裂性、抗蠕变能力等[2]，研究人员对锻锤力学性能和热锻工艺也进行了广泛探讨。Chen等[3]建立了一个非线性动态有限元模型来模拟径向热锻过程，采用完全耦合热应力技术解决锻造过程中的应力分布和传热问题。Seriacopi等[4]采用有限元法对工具钢热锻过程中的微观组织进行热机械分析，发现热机械载荷导致微结构损伤显著增加，加速了整个循环过程中的塑性应变积累。Ghaei等[5]研究了锤头截面形状对径向锻造变形的影响，发现横截面上的模角为135°时，工件外表面的环向应力最小，开裂风险最低；当横截面上的模角为180°时，工件外表面的拉伸环向应力大到足以产生裂纹。Song等[6]使用完全热力耦合有限元方法研究铝合金涡旋盘热锻时模具破裂的原因，比较了几种不同材料组合和模具模型的模拟结果。……