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基于感应加热的等温成形工艺研究与模拟

发布时间:2020-09-14 13:12
   颗粒增强铝基复合材料具有比强度和比刚度高、耐磨性好、导热系数大等特点,但是塑性较差,且变形过程中显微组织的变化不易控制,加热时间过长会导致晶粒粗大,容易出现微裂纹和界面脱粘等成形缺陷,因此对于热加工工艺要求较高。等温成形技术通过将模具加热到与坯料相同的温度,使坯料温度始终保持在最佳的成形温度范围,与常规模锻相比,坯料变形更加均匀,锻件性能更加优良。由于等温成形设备通常采用电阻式加热炉加热,其加热效率较低,造成生产效率低,限制了该技术的应用。本文为了研究中频感应加热用于等温成形时的加热工艺,首先以45钢和TiB_2/7075铝基复合材料为例,进行了感应加热实验,得到了不同功率下两种材料的温度变化规律。利用Marc软件对感应加热过程中试样的温度变化规律进行模拟,对影响试样温度的两个因素(电流频率和电流密度)进行了研究。之后对两种材料的试样进行了局部等温的感应加热工艺研究,通过调整加热功率和加热时间,使试样快速升温并保温一段时间,从而达到等温的效果。在此基础上,对45钢和TiB_2/7075铝基复合材料试样进行了局部等温压缩实验,并在Marc中对45钢的感应加热和局部等温成形进行了模拟,模拟结果与实验结果较吻合。利用有限元软件Deform-3D对TiB_2/7075铝基复合材料叶片的等温锻造工艺进行了模拟,通过优化毛坯形状避免了折叠缺陷。针对影响该合金叶片等温锻成形性能的三个主要因素(成形温度、锻造速度和摩擦系数),对叶片的锻造过程进行了模拟,通过分析成形过程中叶片等效应力、应变的分布规律和上模载荷的变化,发现锻造温度增大时,叶片等效应变分布规律基本不变,最大等效应力和模具载荷减小;锻造速度减小时,叶片变形更加均匀,最大等效应力与模具载荷增大;摩擦系数增大时,叶片等效应变分布规律基本不变,等效应力在叶片不同的区域呈现出不同的分布规律,模具载荷增大。因此,通过增大锻造温度、减小锻造速度和减小摩擦系数,可以有效降低该合金叶片的变形抗力。从提高等温成形的加热速度方面出发,提出了一种新型的基于中频感应加热的等温成形模具,其特点是加热效率高,模具升温速度快,间接提高了生产效率。同时,模具使用标准的模架和可更换的成形模块,成本较低,通用性强。
【学位单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:TB331
【部分图文】:

电磁感应加热,工作原理


第二章 感应加热原理与有限元模型的基本原理与特点定律与焦耳热效应丹麦物理学家奥斯特(H.Oersted )发现带电导体的周理学家法拉第(M.farady)发现导体做切割磁力线流,这就是著名的电磁感应定律。奥斯特和法拉第的相互转换关系。1840 年,英国物理学家焦耳(J.J部分转化为热能,这即是焦耳—楞次定律。电磁感构成了感应加热的理论基础。过程中,流经感应线圈的交变电流在线圈周围产生切割磁力线而产生感应电流,并转化为热能,从而直交变磁场

变化情况图,模拟过程,中温,变化情况


上海交通大学硕士学位论文表 2-2 空气与线圈的材料参数Tab.2-2 Material properties for air and coil质量密度 Kg/m3导热系数 W/m ℃ 比热容 J/Kg ℃ 介电常数 F/m 磁导率 H/m1.3 0.024 1000 8.854×10-121.25×10-6在模型的远场空气的外边界施加电磁边界条件为:磁势和电势为 0。在试样的外边界施加热辐射边界条件,辐射率为 0.4。线圈中施加电流密度载荷为 5.3×106A/m2,频率为 31300Hz。2.4.3 模拟结果图 2-3 是模拟得到的模型温度场变化图。可以看到,由于感应加热具有集肤效应,试样靠近线圈的外表面最先开始升温,并且端部温度最高,符合感应加热的端部效应[50]。随着时间延长,温度不断向试样右端和心部传导,最终形成径向均温,轴向温度线性变化的温度场,与理论分析结果比较吻合,证明该模型具有一定的合理性。

示意图,热电偶测温,实验装置,示意图


应加热过程中试样材料的热物性(如导热系数、磁导率等)会对加尤其是铁磁性材料,在感应加热过程中磁导率随着温度变化较大,较非铁磁性材料更为复杂。为了了解不同材料感应加热时的温升规两种磁性不同的材料,即铁磁性材料 45 钢和非铁磁性材料 TiB2/707料,进行感应加热实验,以研究两者在同一加热条件下温升曲线的时,借助非线性有限元软件 Marc,研究感应加热过程中电流频率和热过程的影响规律,为后续研究等温感应加热工艺奠定基础。感应加热实验方案验设备为中频感应加热电源,通过电缆与感应线圈相连。感应线圈径为 34mm,外径为 47mm,高度为 14.5mm。试样材料为 45 钢和 Ti合材料,尺寸均为Φ20×50mm。验前利用DHJ热电偶焊接机将两只K型热电偶分别焊接在试样的表,以测量试样表面和中心的温度,温度数据由 Daqbook 2000 系列数。实验装置和试样测温点如图 3-1 所示。中心

【参考文献】

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2 张泽磊;李海荣;杨刚;;等温锻造研究现状[J];热加工工艺;2014年01期

3 张明杰;李付国;王淑云;;粉末高温合金等温成形模具升温热负荷分析[J];航空材料学报;2012年05期

4 张利军;常辉;薛祥义;;等温锻造技术及其在航空工业中的应用[J];热加工工艺;2010年21期

5 赵海凤;张远庆;张松琦;;高速铁路无砟轨道板用低松弛预应力钢棒生产装备及若干性能分析[J];金属热处理;2010年08期

6 刘娟;崔振山;;镁合金AZ31B直齿锥齿轮热锻成形研究[J];精密成形工程;2009年01期

7 王治政;计波;朱益藩;;宝钢钛产业发展战略和目标[J];钛工业进展;2008年01期

8 唐全波;伍太宾;;等温成形模具的加热系统设计[J];热加工工艺;2008年03期

9 曲银化;孙建科;孟祥军;;钛合金等温锻造技术研究进展[J];钛工业进展;2006年01期

10 李国俊,张治民,李旭斌;镁合金散热器成形工艺的研究[J];轻合金加工技术;2005年02期

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4 李飞;发动机钛合金复杂结构件等温锻造研究[D];中北大学;2008年



本文编号:2818211

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