[发明专利]基于连续塑性加工生产条件下模具温升速率的力学模型建模方法及其应用

摘要

本发明涉及一种基于连续塑性加工生产条件下模具温升速率的力学模型建模方法。该方法基于连续生产条件下模具温升速率的基本力学模型，采用有限元建立数据样本，并结合回归分析确定单次加工周期模具温度增量与模具实时温度的对应关系，最后通过数值积分求解连续生产条件下模具温度升高曲线。在此基础上再通过有限元分析模具热变形和凸凹模间隙变化，用于指导实际工艺方案。该方法相对于应用有限元直接模拟的传统方法，仅需若干次有限元计算，能节约大量的计算时间和成本，而且能避免传统方法误差累积问题，极大地提高计算精度，从而为当前求解连续塑性加工生产条件下模具温升问题提供了一条有效的途径。

主权项

1.基于连续塑性加工生产条件下模具温升速率的力学模型建模方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：1)选取模具实时温度样本在连续塑性加工生产条件下，在室温至模具预期的最终饱和温度之间，按照间隔选取模具实时温度样本；2)单次塑性加工周期结束时模具温度场模拟针对步骤1)选取的模具实时温度样本之一，将其设为单次加工周期内初始温度；应用有限元工具，根据模具加工实际情况建立连续塑性加工生产模具的有限元模型，并划分为i个网格；设置模型各部分相应的热力学物理参数，包括模具和板材的比热、导热率、与周围环境的换热系数、辐射系数，模具与板材之间的热传导系数、板材变形功热转换系数，以及模具材料的热膨胀系数和密度；设置相应的材料本构参数，包括模具和板材的弹性模量、泊松比，板材的屈服强度、屈服准则、硬化曲线、模具与板材之间的摩擦系数、摩擦功转换因子及摩擦热量分配权因子，以及板材变形功热转换系数；通过有限元工具模拟单次加工周期的塑性加工过程，过程涵盖加工过程的完整周期，利用有限元工具的塑性成形热力耦合分析、热交换分析和热变形分析，获取单次周期结束时模具温度场分布的模拟结果；3)模具温度场的均匀化处理对步骤2)获取的单次加工周期结束时模具温度场分布模拟结果进行均匀化处理，所依据公式如下，式(1)中：n为单元数量，T_i为第i个单元的温度；v_i为第i个单元的体积，为单次周期结束时模具整体平均温度，其与单次周期开始时模具温度的差值即为单次加工周期模具温度增量ΔT；4)单次塑性加工周期模具温度增量函数关系的回归分析针对步骤1)选取的每个模具实时温度样本，重复步骤2)和3)，可获取模具实时温度与其对应的单次周期模具温度增量的样本数据(T,ΔT)，对其进行回归分析或数据拟合，即可确定单次周期模具温度增量与模具实时温度对应函数关系的具体数学形式，记为Φ(T)；5)建立连续塑性加工生产条件下模具温升速率力学模型连续塑性加工生产条件下模具温升速率可抽象为如下的力学模型，式(2)中：为模具温升速率，为加工频率，f为加工次数，Φ(T)为与模具实时温度相关的单次加工周期模具温度增量函数。