726 軸頭鍛壓模設(shè)計(jì)（有cad圖）

726 軸頭鍛壓模設(shè)計(jì)（有cad圖）,726,軸頭鍛壓模設(shè)計(jì)（有cad圖）,鍛壓,設(shè)計(jì),cad 工藝參數(shù)對(duì)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(yàn)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(duì)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(gè)單向?qū)嶒?yàn)室軋制。亞晶粒大小透過厚度的分類與測(cè)量后的分類相吻合。 隨后,田口方法應(yīng)用于設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)表 L9(34)。使用有限元方法 共計(jì)分析了9個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)。然后按使用田口實(shí)驗(yàn)法對(duì)所給出的每一軋制工藝參數(shù)對(duì)變形亞晶粒大小的影響及其所給的百分比來分析預(yù)測(cè)結(jié)果。研究表明，開軋溫度對(duì)亞晶粒大小形成影響最大，參數(shù)Hm/L次之。輥速，輥溫度對(duì)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(yàn)方法 1.引言 預(yù)測(cè)亞晶粒大小及分類對(duì)于形成中的結(jié)構(gòu)變化的預(yù)測(cè)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(duì)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(gè)等式建立在實(shí)驗(yàn)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。“等式（1）中 m的賦值最好是0.35-1.25. 引于參考文獻(xiàn)[1]” 預(yù)測(cè)亞晶粒大小和分類似乎微不足道, 因?yàn)樗鼉H僅代替了等式（1）和（2）中的計(jì)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(jì)算上的亞晶粒大小的分類是錯(cuò)誤的。（引文[2]）”因此，當(dāng)其與限定元法不合時(shí)，我們就必須對(duì)等式（1）和（2）做些調(diào)整。 為控制產(chǎn)品性能, 掌握每個(gè)參數(shù)對(duì)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(jì)方法適合這個(gè)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(yàn),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(gè)變數(shù)，每個(gè)有三個(gè)值，總共有三個(gè)層次的的9個(gè)測(cè)試；也即Table2所示） 是可以接受的。研究中的四個(gè)參數(shù),每個(gè)都有三個(gè)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(yàn)數(shù)據(jù)和有限元模型 “實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取自扎伊迪的實(shí)驗(yàn)。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(cè)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(gè)商業(yè)限定元法項(xiàng)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(dòng)和板之間的傳熱系數(shù)是14千瓦m - 2 k-1。“資料顯示，這個(gè)值可以通過匹配計(jì)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(cè)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(cè)量每個(gè)亞晶粒大小的長度和最小寬再取其平均數(shù)。每個(gè)樣本中至少有50個(gè)亞晶粒得以測(cè)量。表1是兩種溫度下的兩個(gè)典型放大圖。表2是亞晶粒大小在通過厚度時(shí)預(yù)測(cè)前與測(cè)量后的分類之比較。若測(cè)量誤差為0.5um,可以說它的預(yù)測(cè)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(shí), 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(shí)的溫度分布情況。軋制300攝氏度時(shí)，表面與中心的溫度差為40攝氏度；500攝氏度時(shí)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(huì)大。 但是,限定元法所示的卻是一個(gè)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?！霸谙薅ㄔㄓ?jì)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(cè)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(gè)變形區(qū)的每個(gè)增量的應(yīng)變率。采用這種平均法是合乎邏輯的,因?yàn)榈仁剑?）中的應(yīng)變率來源于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),也是整個(gè)變形區(qū)的平均值。因此，限定元計(jì)算法中的每個(gè)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(duì)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(gè)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(duì)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(cè)成功。這表明，此實(shí)驗(yàn)可用FEM代替。它的優(yōu)勢(shì)在于：使用FEM，沒有機(jī)器限制，測(cè)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(gè)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(gè)參數(shù)（如Table2所示）都賦有三個(gè)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(gè)參數(shù), 各參數(shù)有三個(gè)數(shù)值，共計(jì)9個(gè)測(cè)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(gè)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(yàn)平均反應(yīng)的控制系素的反應(yīng)偏差。（引文 [7]）” 對(duì)于每個(gè)數(shù)值中，平均質(zhì)量特性反應(yīng)的計(jì)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??；n是每個(gè)賦值的實(shí)驗(yàn)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(jì)算。從表3中可知，Hm/L第一層次的值包括實(shí)驗(yàn)1-3。輥溫第三層的值就是實(shí)驗(yàn)3，4，8。當(dāng)我們對(duì)每一參數(shù)值的層次進(jìn)行平均分析時(shí)，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(gè)參數(shù)都會(huì)在每個(gè)不同的數(shù)值中出現(xiàn)。因此，實(shí)驗(yàn)的結(jié)論就是參數(shù)在每個(gè)數(shù)值中的影響不受其它參數(shù)的影響。也就是說，每個(gè)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(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)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(yàn)數(shù)組的整個(gè)信噪比平均值的公式如下：... 從表3可知以上參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。 平方數(shù)取決與整個(gè)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(yàn)數(shù)，通常為常數(shù)3。Ith系數(shù)對(duì)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(duì)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(duì)亞晶粒大小的影響可忽略不計(jì)。 5.結(jié)論 通過使用平均Zener-Hollomom參數(shù)和對(duì)其溫度的精確估算，亞晶粒大小通過整個(gè)厚度的預(yù)測(cè)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。