冲击载荷作用下的锻锤热力耦合分析

以用于径向锻造且由基体、过渡层、耐磨层三部分构成的材料复合锻锤为研究对象,分析瞬态热流、循环冲击载荷和热载荷导致的锻锤裂纹失效问题。通过构建热力耦合模型确定锻锤的裂纹危险区域,探讨冲击载荷、温度场与变形的传递关系,进而得到锻锤分别在冲击载荷、温度场和热力耦合作用下的应力和变形分布特征。研究结果表明,锻锤温度场分布不均匀,热影响区主要位于耐磨层工作面,温度随工作面纵向深度的增加而降低;耐磨层的机械应力远大于热应力,是产生疲劳裂纹的主要原因;锻锤变形主要是机械应力和热应力共同作用的结果,最大变形区域位于耐磨层工作面靠近预变形区一侧。仿真分析结果与锻锤实际失效情形一致,可为锻锤的优化设计提供参考。

基于应力与疲劳的锻锤结构分析

锻锤是径向精锻机的一个关键部件,它的强度和使用寿命对整机的安全可靠运行具有十分重要的影响。针对弧面锻锤与平面锻锤锻造圆柱形工件的受力与寿命问题,构建锻锤锻造的有限元计算模型,进行有限元锻造模拟,对其进行应力和寿命分析及结果对比,确定锻锤易损点。结果表明:在锻造圆柱工件时,两种锻锤的等效应力主要出现在过渡圆角处;弧面锻锤受等效应力比平面锻锤小7.75%,其寿命可以增加3.9%。

过渡圆角半径对锻锤热力耦合的影响

锻锤是四锤头径向精锻机的主要受力构件,过渡圆角属于锻锤基体面的棱角,是基体截面积急剧变化的地方,在实际生产中是锻锤容易出现损伤的部位。为了分析径向锻造中锻锤表面过渡圆角结构对锻锤受力受热的影响,综合考虑锻锤设计参数,利用有限元软件,采用弹塑性方法对径向精锻机锻锤进行了热力耦合数值模拟研究。结果表明:锻锤的应力主要集中在过渡圆角处,过渡圆角半径大小对应力集中影响大,应力随锻锤表面过渡圆角半径增大而减小。锻锤的温度变化的地方主要分布在锻锤与工件接触的表面,锻锤过渡圆角半径为22mm时温度变化小,最高温度为521℃。