[发明专利]一种高强度钢模锻件成形工艺的高精度模拟方法

权利要求书

1.一种高强度钢模锻件成形工艺的高精度模拟方法，其特征在于，包括：

通过测量加热和冷却过程中高强度钢锻件的温度变化，结合反算法，建立高温下高强度钢锻件与空气的传热模型；

通过自制模具，测量不同压力接触条件下高强度钢锻件和模具的温度变化，结合反算法，建立高强度钢氧化时锻件与模具的界面换热模型；

通过圆环镦粗实验，结合逼近法，建立考虑高温氧化条件下的锻件与模具的摩擦模型；

通过热压缩模拟实验，建立基于摩擦修正的高强度钢材料真应力-应变曲线；

结合传热模型、界面换热模型、摩擦模型以及摩擦修正的真应力-应变曲线，通过有限元模拟软件，对锻造过程进行仿真模拟，预测模锻件成形；

对热压缩模拟实验获得的曲线进行摩擦修正采用的公式为：

其中，σ是摩擦修正后应力；σ₀是实测应力；R和H分别是试样在压缩过程中的瞬时半径和高度，R＝R₀exp(ε/2)，H＝h₀exp(-ε)；m是摩擦因子；b是鼓肚参数，m和b通过以下表达式计算：

其中R_ave是试样压缩后的平均半径，R_T为试样变形后的断面半径，h是试样压缩后的高度，h₀是试样压缩前的高度：

其中，R₀是试样压缩前的半径，R_M是试样压缩后鼓肚位置的最大半径；

摩擦模型的建立过程如下：

将试样加热至设定温度，然后在压机上按照设定变形速度和变形量进行压缩变形，变形后水冷，记录转运时间，并对变形后试样从三个不同方向测量内径和高度求得平均值，计算下压量Δh和内径变化量Δd；

在DEFORM-3D软件中对圆环镦粗过程进行建模，通过设定不同的摩擦系数，进行变形模拟，待模拟结束后，进入后处理模块测定圆环试样在不同下压量Δh时的内径变化量Δd，据此可绘制出不同摩擦系数时对应的标定曲线Δh-Δd，最终获得了不同条件下的摩擦系数。

2.根据权利要求1所述的高强度钢模锻件成形工艺的高精度模拟方法，其特征在于：界面换热模型的建立过程如下：将模具加热到设定温度，锻件试样同样加热到预设温度，然后用多路数据记录仪不同截面接触条件、不同载荷和不同氧化时间下的温度变化下模具温度的变化，最后，用DEFORM-3D软件反求计算锻件试样与模具的界面接触换热系数。

3.根据权利要求2所述的高强度钢模锻件成形工艺的高精度模拟方法，其特征在于：传热模型的建立过程如下：

在锻件试样的中心孔内插入热电偶，试样随炉加热至设定温度，用多路数据记录仪记录加热过程中试样温度随时间的变化曲线，待温度稳定后，从炉中快速取出试样，再将其进行空冷，并记录空冷过程中试样温度随时间的变化曲线，然后采用Deform反传热模型求解表面换热系数。

4.根据权利要求3所述的高强度钢模锻件成形工艺的高精度模拟方法，其特征在于：锻件试样放置在隔热棉上进行空冷。

5.根据权利要求2-4任一项所述的高强度钢模锻件成形工艺的高精度模拟方法，其特征在于：截面接触条件包括直接接触、接触面包裹玻璃纤维布、试样表面涂有抗氧化涂料且接触面包裹玻璃纤维布。