715 軸頭鍛壓模設(shè)計（有cad圖）

715 軸頭鍛壓模設(shè)計（有cad圖）,715,軸頭鍛壓模設(shè)計（有cad圖）,鍛壓,設(shè)計,cad 工藝參數(shù)對鋁合金熱軋過程中亞晶粒大小形成的影響 摘要： 本文結(jié)合有限元方法(FEM)和田口實(shí)驗方法 （Taguchi experimental method）來研究軋制工藝參數(shù)(如輥速，輥溫度 ，輥縫中平均厚度與接觸長度之比即Hm/L)對亞晶粒大小的影響。有限元方法首次應(yīng)用于模擬現(xiàn)有兩個單向?qū)嶒炇臆堉?。亞晶粒大小透過厚度的分類與測量后的分類相吻合。 隨后,田口方法應(yīng)用于設(shè)計正交試驗表 L9(34)。使用有限元方法 共計分析了9個虛擬實(shí)驗。然后按使用田口實(shí)驗法對所給出的每一軋制工藝參數(shù)對變形亞晶粒大小的影響及其所給的百分比來分析預(yù)測結(jié)果。研究表明，開軋溫度對亞晶粒大小形成影響最大，參數(shù)Hm/L次之。輥速，輥溫度對亞晶粒大小形成最小。 關(guān)鍵詞：軋制，鋁合金，亞晶粒大小，有限元方法，田口實(shí)驗方法 1.引言 預(yù)測亞晶粒大小及分類對于形成中的結(jié)構(gòu)變化的預(yù)測發(fā)揮著十分重要的作用。亞晶粒分類及其平均大小機(jī)械性能有重大的影響，它決定了物體的強(qiáng)度,韌性, 結(jié)構(gòu)等。因此，學(xué)習(xí)亞晶粒大小的分類對質(zhì)量控制是至關(guān)重要的。 人們普遍認(rèn)為，以下方程中亞晶粒大小與溫度T ，應(yīng)變率）,或穩(wěn)態(tài)變形后的溫度補(bǔ)償應(yīng)變率z有關(guān):... z的公式為.... 值得注意的是，這個等式建立在實(shí)驗數(shù)據(jù)上。在等式（2）中，￥是平均應(yīng)變率，Qdef是活化 能變形， R即通用的大氣常數(shù)和T是通常進(jìn)入溫度?！暗仁剑?）中 m的賦值最好是0.35-1.25. 引于參考文獻(xiàn)[1]” 預(yù)測亞晶粒大小和分類似乎微不足道, 因為它僅僅代替了等式（1）和（2）中的計算節(jié)點(diǎn)應(yīng)變率和溫度的交點(diǎn)?！耙演d資料表明，建立在計算上的亞晶粒大小的分類是錯誤的。（引文[2]）”因此，當(dāng)其與限定元法不合時，我們就必須對等式（1）和（2）做些調(diào)整。 為控制產(chǎn)品性能, 掌握每個參數(shù)對亞晶粒大小的最后形成的影響程度是非常有用的。 田口設(shè)計方法適合這個任務(wù)。 田口方法采用一套標(biāo)準(zhǔn)直交(OAs)來確定參數(shù)配置，分析其結(jié)果。 這些數(shù)組使用少量的試驗,但得到最多的資訊,并具有較高的生產(chǎn)性和可靠性。研究中, 表L9（34）（即四個變數(shù)，每個有三個值，總共有三個層次的的9個測試；也即Table2所示） 是可以接受的。研究中的四個參數(shù),每個都有三個數(shù)值。這些參數(shù)包括:初始的板坯溫度Tslab, 輥縫中平均厚度與接觸長度之比Hm/L, 軋輥溫度Troll和輥速V. 2.試驗數(shù)據(jù)和有限元模型 “實(shí)驗數(shù)據(jù)取自扎伊迪的實(shí)驗。引文[3]”研究輥溫在300-500攝氏度下的鋁合金AA1100。輥直徑是250mm，木板厚度為25mm，寬為37.5mm。厚度減少20%，平均應(yīng)變率為2 s-1。 軋后, 試樣迅速被冰水冷卻。 亞晶粒大小測量的定位取源于中型飛機(jī)。因此，飛機(jī)應(yīng)變模被用來模擬軋制過程。在穩(wěn)定狀態(tài)下，亞晶粒大小和應(yīng)變參數(shù)之間的實(shí)證關(guān)系可定為以下等試：... 這里將用到一個商業(yè)限定元法項目，F(xiàn)ORGE2 V2.9.04。這就涉及到Tresca的摩擦定律。假設(shè)摩擦系數(shù)為0.6，滾動和板之間的傳熱系數(shù)是14千瓦m - 2 k-1。“資料顯示，這個值可以通過匹配計算溫度與歷史記錄值得到。（引文[4]）”以下等式可表示此種關(guān)系... 其中A,a,n是常數(shù)。 3.限定元法的結(jié)果及其討論 所有亞晶粒大小測量用100千伏菲利普斯EM301顯微鏡。亞晶粒大小的平均值即通過測量每個亞晶粒大小的長度和最小寬再取其平均數(shù)。每個樣本中至少有50個亞晶粒得以測量。表1是兩種溫度下的兩個典型放大圖。表2是亞晶粒大小在通過厚度時預(yù)測前與測量后的分類之比較。若測量誤差為0.5um,可以說它的預(yù)測是非常成功的。 從表2可知，亞晶粒大小從中心到表面減小。 當(dāng)軋制溫度低時, 亞晶粒大小的分類比在高溫下的分類更穩(wěn)定。此現(xiàn)象取決于 物質(zhì)表面與中心的溫度差異。表3表明物體通過厚度出來時的溫度分布情況。軋制300攝氏度時，表面與中心的溫度差為40攝氏度；500攝氏度時的溫度差為50攝氏度。等質(zhì)量的變形, 塑性功在低溫下比高溫下的變化更大。這是低溫下高浮力的緣故。因此，塑性功散發(fā)的熱所引起的溫度上升也就更大。低溫下，表面和中心的溫度差異也會大。 但是,限定元法所示的卻是一個完全相反的結(jié)果。原因是不同軋制溫度下，傳熱系數(shù)不同。“在限定元法計算中，機(jī)床的導(dǎo)熱和表面耗散取以下的摩擦力即等式[5]所示 :... 等式中，htc是傳熱系數(shù)，Ttool是機(jī)床溫度。b*、b*tool分別為該熱源的零件和模具。Af是摩擦系數(shù)，v是機(jī)床部件之間速率差異，k是傳導(dǎo)力。假設(shè)htc 和Ttool在不同的扎制溫度下數(shù)值相同，從等式（5）的右邊可知：高溫下表面溫度的下降比低溫下大得多。 如第一部分所論，要用等式（1）、（2）來預(yù)測亞晶粒大小的話就得進(jìn)行一些修改。在本研究中, 采用平均應(yīng)變率和交點(diǎn)溫度來獲取z的值。平均應(yīng)變率即在限定元法中整個變形區(qū)的每個增量的應(yīng)變率。采用這種平均法是合乎邏輯的,因為等式（2）中的應(yīng)變率來源于實(shí)驗數(shù)據(jù),也是整個變形區(qū)的平均值。因此，限定元計算法中的每個增量,所有節(jié)點(diǎn)具有相同的應(yīng)變率。Z的變化取決于溫度的變化?！案鶕?jù)Well’s et al的研究（引文[6]）， 溫度對微構(gòu)造物的影響與輥速度(應(yīng)變率),工作輥表面溫度和摩擦系數(shù)相比要大?！?因此,整個變形區(qū)所產(chǎn)生的平均應(yīng)變率是可以接受的。 4. 軋制參數(shù)對亞晶粒大小的決定作用 從表2的曲線中可知，F(xiàn)EM預(yù)測成功。這表明，此實(shí)驗可用FEM代替。它的優(yōu)勢在于：使用FEM，沒有機(jī)器限制，測量的精度高，投入資本少，所獲結(jié)果快。有幾種類型的參數(shù)影響亞晶粒大小，即初始幾何參數(shù)(寬度/厚度，長度/厚度)，變形區(qū)參數(shù)(公耗，接觸長度)，過程參數(shù)(溫度，輥速)和材料參數(shù)( 成分)。研究四個易控制的變數(shù)，即：平均厚度與接觸長度之比（公式略，其中H1是進(jìn)入厚度，H2是出去厚度，R是輥半徑）），輥溫度( Troll )，輥速v，板溫Tslab。每個參數(shù)（如Table2所示）都賦有三個值，Hm/L的值為0.74，1.45，3.1（因輥半徑不變，Hm/L的值分別等同于厚度減少了44%，16%，4%；厚度減少值與第二部分所說相同。），Troll的值為20，60，100攝氏度。如表2（Table2）即正交表L9 ( 34 ) 中所示，有4個參數(shù), 各參數(shù)有三個數(shù)值，共計9個測試。這就是材料AA1100。 本節(jié)通過差異分析( ANOVA )展示了亞晶粒大小各個參數(shù)之間的關(guān)系。“ANOVA使用平方數(shù)定量研究總體實(shí)驗平均反應(yīng)的控制系素的反應(yīng)偏差。（引文 [7]）” 對于每個數(shù)值中，平均質(zhì)量特性反應(yīng)的計算公式如下：... 其中yi質(zhì)量特性反應(yīng)。研究中，它涉及到了亞晶粒大小；n是每個賦值的實(shí)驗數(shù)。在數(shù)組L9（34）中，n為常數(shù)3。表2中所示的每一系數(shù)不同層次的平均值就是y的計算。從表3中可知，Hm/L第一層次的值包括實(shí)驗1-3。輥溫第三層的值就是實(shí)驗3，4，8。當(dāng)我們對每一參數(shù)值的層次進(jìn)行平均分析時，其他參數(shù)中不同數(shù)值所產(chǎn)生的影響，都將相互抵消，因其他每個參數(shù)都會在每個不同的數(shù)值中出現(xiàn)。因此，實(shí)驗的結(jié)論就是參數(shù)在每個數(shù)值中的影響不受其它參數(shù)的影響。也就是說，每個參數(shù)值的影響是相互獨(dú)立的。在Taguchi法中采用信噪比來分析其實(shí)驗結(jié)果。實(shí)驗條件下，信噪比反映了質(zhì)量性質(zhì)的平均值和變值。信噪比的公式為：... 其中MSD代表平均平方差量，為了更好的分析擴(kuò)大后的信噪比值，通常用常數(shù)10。研究中，MSD的公式如下：... 正交試驗數(shù)組的整個信噪比平均值的公式如下：... 從表3可知以上參數(shù)的計算結(jié)果。 平方數(shù)取決與整個平均值的差異，公式如下：... 若考慮ith系數(shù)，平均數(shù)取決與平均值的差異公式為：... 其中Mj是各值的實(shí)驗數(shù)，通常為常數(shù)3。Ith系數(shù)對亞晶粒大小的百分比公式如下：... 如表四所示，由圖可知輥溫對亞晶粒大小的作用為64%，大約是Hm/L值的兩倍。由此可知，輥溫和輥速對亞晶粒大小的影響可忽略不計。 5.結(jié)論 通過使用平均Zener-Hollomom參數(shù)和對其溫度的精確估算，亞晶粒大小通過整個厚度的預(yù)測是非常成功的。使用Taguchi變數(shù)分析證明，開軋溫度是最重要的參數(shù)，占了亞晶粒大小的64%，其次是Hm/L，輥溫、輥速。