[发明专利]一种锻模模腔表面曲面仿形多层覆层结构及其设计方法

权利要求书

1.一种锻模模腔表面曲面仿形多层覆层结构，其特征在于：锻模型腔内设置有紧密接合的三层覆层，三层覆层从外至内依次为表层、中层、底层，表层的外表面与锻造型腔相同，三层覆层的内表面为锻造型腔的仿形曲面，三层覆层的硬度和弹性模量从外之内依次降低。

2.根据权利要求1所述的锻模模腔表面曲面仿形多层覆层结构，其特征在于：所述三层覆层为金属覆层，三种不同的金属分别为通过焊接形成的三个不同厚度的覆层。

3.根据权利要求1所述的锻模模腔表面曲面仿形多层覆层结构，其特征在于：表层采用高硬度焊材，硬度HRC47-52，中层采用中等硬度焊材，硬度HRC42-47，底层采用低硬度焊材，硬度HRC37-42。

4.根据权利要求1所述的锻模模腔表面曲面仿形多层覆层结构，其特征在于：表层的厚度为三层覆层总厚度的20%，中层的厚度为三层覆层总厚度的30%，底层的厚度为三层覆层总厚度的50%。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的锻模模腔表面曲面仿形多层覆层结构的设计方法，其特征在于：建立空间坐标系，进行有限元分析模拟锻造过程，得到锻造过程中模锻力F(t)随时间变化的曲线，锻造过程中，t₁时刻金属开始变形到t₂时刻金属基本充满型腔为第一阶段，t₂时刻至t₃时刻金属完全充满型腔为第二阶段，t₃时刻至t₄锻造结束为第三阶段，模腔表面曲面为Σ₁：z₁=f₁(x,y)，Σ₁上任一点M(x,y,z)；

第一阶段中，毛坯表面曲面为Σ₂：z₂(t)=f₂(x(t),y(t))，在t₀时刻，Σ₁、Σ₁重合部分为封闭的曲线，其方程式为：f₁(x，y)- f₂(x(t₀),y(t₀))=0，该曲线在XOY平面上投影面积为S(t₀)，M(x,y,z)点受到的Z轴方向的应力为P(x(t₀),y(t₀),z(t₀))= F（t₀)/S(t₀),对Σ₁上任一点M(x,y,z)，可以得到该位置在第一阶段开始被挤压的时刻t₀ 、P(x(t₀),y(t₀),z(t₀))；

第二阶段中，t₄时刻的模锻力为F（t₄），Σ₁在XOY平面上投影面积为S(t₄),M(x,y,z)点受到的Z轴方向的应力为P(x(t₄),y(t₄),z(t₄))= F（t₄)/S(t₄);

覆层厚度的计算公式为：

D= a*P(x(t₀),y(t₀),z(t₀))*（t₂-t₀）+b* P(x(t₄),y(t₄),z(t₄))*( t₄- t₃)+c

通过该公式依次计算每一覆层的厚度，即得到覆层结构。