基于Archard磨损理论的螺旋伞齿轮精锻成形模具磨损分析
基于Archard磨耗模型的合金钢心轨组合辙叉道岔钢轨磨耗研究
基于Archard磨耗模型的合金钢心轨组合辙叉道岔钢轨磨耗研究刘启宾【摘要】基于 Archard磨耗模型并结合有限元静动力分析方法，对重载铁路合金钢心轨组合辙叉道岔岔区钢轨垂直磨耗特性进行了研究，给出了一种研究钢轨磨耗的新方法。
研究结果表明：受不同断面轮轨接触特性及轮轨力差异的影响，岔区各断面轮轨接触斑内磨耗量的大小及分布存在差异；辙叉轮载过渡区翼轨磨耗严重的机理是轮轨法向接触应力大于翼轨材料硬度的0.8倍导致了磨耗系数的突变，建议将此区域翼轨镶嵌合金钢材料或采用深度爆炸硬化技术处理；轮轨接触应力随行车速度的增加有所增加，随列车轴重的增加而大幅增加，建议有条件的情况下降低C80，C70列车的侧向过岔速度，以减缓道岔的磨耗速率。
%Based on Archard wear model and static and dynamic finite element analysis method,the vertical turnout rail wear characteristics of assembled frog with alloy steel point rail in heavy haul railway was studied and a new method for rail wear research was introduced. T he results showed that the wear amount and distribution of each section in turnout w heel-rail interaction zone are different due to the variance of w heel-rail contact characteristics and wheel-rail interaction force,the mechanism of wing rail severe wear in frog wheel load transition region is that the wheel-rail contact stress is greater than 0. 8 times the wing rail material hardness causing mutation of wear coefficient,which could be avoided by setting alloy steel material for wing rail and using the deep explosion hardening technology in this region,w heel-rail contact stress increases w ith the increasing of vehicle axle loadand vehicle velocity,which means lowing the lateral speed of passing railroad switch for C80 and C70 trains in order to reduce the turnout w ear rate.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P107-111)【关键词】道岔;Archard磨耗模型;钢轨磨耗;合金钢心轨组合辙叉;磨耗量【作者】刘启宾【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043【正文语种】中文【中图分类】U211.5;U213.4;U213.6合金钢心轨组合辙叉道岔是一种心轨采用奥贝氏体钢材，翼轨采用普通钢轨的组合辙叉道岔，相对于高锰钢整铸道岔具有通过能力大、强度高、可焊性好、便于更换等优点，近年来在我国重载铁路及干线铁路上逐步得到推广使用。
一种磨损数值计算方法的实验分析
一种磨损数值计算方法的实验分析黄钰浩;黄平【摘要】使用环块磨损试验机和表面形貌仪,选用不同摩擦副材料和通过控制磨损距离、载荷以及转速等变量,研究磨损率的变化,验证一种基于Archard磨损计算模型的数值计算方法.结果发现:磨损深度随磨损距离的变化由一开始的迅速增加逐渐变慢,最后趋向于稳定增加;摩擦副材料的改变对磨损率大小的影响十分剧烈;磨损率随着载荷的增大而增大,但二者之间不是简单的线性关系;忽略温度变化的影响时,磨损率与磨损速度的大小无关.实验证明,该计算模型对不同材料、不同载荷的磨损量计算结果,均与实际实验所得的磨损量吻合良好,但在磨痕深度较浅时相对误差较大.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2019(044)006【总页数】7页(P10-16)【关键词】线接触磨损;Archard磨损计算模型;数值计算;磨损试验【作者】黄钰浩;黄平【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TH117凡是有机械运动的地方，就有摩擦和磨损存在。
据统计，在工业生产的各个工程领域中，因摩擦磨损而导致的机械失效，占零件失效总量的60%～80%；因摩擦磨损导致的能量损失，占能量消耗总量的30%～50%[1]。
因此，研究摩擦磨损的相关机制，能延长机械设备的使用寿命，节约材料和能量，具有重要的社会经济意义。
现在对磨损的研究很大程度上是通过实验进行的，即通过建立模拟实际工况条件的摩擦磨损模型，从而获得摩擦磨损的特性及变化趋势。
虽然实验的方法具有较高的准确性，但由于其要制作实验模型，因此投入的成本较大且非常耗时[2]。
此外，现有的许多理论和计算公式是在特定的实验条件下得出的，其针对性和局限性较强[3]。
因此，如果能通过数值计算方法来进行磨损分析，对缩短产品设计周期和减少成本具有非常重要的意义。
1953年，Acrhadr教授提出了黏着磨损计算模型——Archard模型，并提出了磨损系数的概念[4]。
齿轮啮合摩擦疲劳磨损的计算模型_王淑仁
2
Δh da, 2
Ar Aa
·
(9)
磨损率 Ih 可用式(9)计算 , 也可以实验测得· 由于计算式中涉及到循环次数的变化范围很大 ,
因此 , 磨损率的变化范围为 5 ～ 6 个数量级 , 文献
[ 1] 中给出了材料为 45 钢的齿轮的磨损率计算值 为 1.1 ×10-8 , 试验值为 2.6 ×10 -7· 2 .2 接触椭圆尺寸
中图分类号 :T P 132 文献标识码 :A 文章编号 :1005-3026(2008)08-1164-04
Calculation Model of Fatigue Wear-Off in Gear Engagement
W AN G Shu-ren 1 , Y AN Y u-tao1 , Y IN Wei-li 2 , DIN G Jin-yuan1
某些部分发生破坏 , 这相当于每个接触斑点上有
厚度为 Δh 的一层脱落 , 即
ΔV = Δh · A r ·
(4)
现假设将磨损面沿滑动方向分成宽度为 d a, 1 的许
多小条 , d a, 1为斑点在垂直于滑动方向上的尺寸· 每一个小条的长度应使小条上能产生 N 个摩擦
结点 , 其累计脱落层厚度为 ΔH ,
N
=
ΔH Δh
·
(5)
于是摩擦
时产
生的
摩擦
结点
总
数为
d
a
a, a 为磨损体在垂直于滑动方向上的尺寸·如果 接触斑点密度为
γ= A r , Aa
(6)
式中 , A a 为名义接触面积 , 则摩擦面积上所需产
生的摩擦结点数为 a da,
1
ΔH Δh
1γ,
某典型折叠机构的磨损寿命研究及优化
第12卷第32期2012年11月1671—1815（2012）32-8588-04科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol.12No.32Nov．2012 2012Sci.Tech.Engrg.某典型折叠机构的磨损寿命研究及优化张娟1张磊2温志勋1李祚军1（西北工业大学力学与土木建筑学院1，西安710072；西安航天动力研究所2，西安710100）摘要针对航空航天柔性机构具有复杂非线性的特点，提出一种在多软件平台下建立柔性机构模型并进行运动学仿真的方法。
对某典型折叠机构进行参数化建模及运动学分析，并采用不同可靠性分析方法对折叠机构进行可靠性分析和磨损寿命分析。
最后对机构进行磨损寿命优化。
优化结果显示机构最大应力水平显著降低，磨损寿命显著提高。
关键词折叠机构参数化建模可靠性分析磨损寿命优化中图法分类号V216.13；文献标志码A2012年7月2日收到，7月26日修改西北工业大学基础研究基金（JC20110256）资助第一作者简介：张娟，博士，副教授。
折叠机构是飞行器上的重要部件。
一般来说，折叠机构的失效，主要是由于磨损造成的。
因此，在机构运动过程中，如何减少磨损，提高折叠机构寿命是当前需要研究的主要内容。
随着机构不断向着高速、轻量化发展，对运动精度和可靠性有着更高的要求，传统分析已经不能满足机构精度的需要。
在对机构分析中考虑柔性体的影响，会大大提高结果的精度。
林高用，冯迪等［1］通过建立铝合金挤压过程中磨损严重部位的磨损量与挤压次数之间的确切关系，提出了一种考虑挤压次数影响的总磨损量计算公式。
王雷刚，黄瑶等［2］基于修正的Archard 磨损理论，应用有限元数值模拟软件进行仿真分析，计算了锥形和弧形两种挤压模具型腔的磨损，并进行了结果分析。
孙现龙，廖勇刚等［3以典型磨损规律、可靠性工程理论以及概率工程设计方法对曲柄压力机的滑块运动参数精度进行了分析研究，得出了滑块机构铰链连接处的磨损对曲柄压力机运动可靠性的影响。
磨损及磨损理论
粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，切应力高于粘着结合强度。 剪切破坏发生在摩擦副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。
此时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱，出现严重磨损。如果滑动继 续进行，粘着范围将很快增大，摩擦产生的热量使表面温度剧增，极易出现 局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。 这种破坏性很强的磨损形式，应力求避免。
所以磨损是机器最常见、最大量的一种失效方式。据调查， 轮胎压痕(SEM 5000X) 联邦德国在1974年钢铁工业中约有30亿马克花费在维修上，其中 直接由于磨损造成的损失占47%，停机修理所造成的损失与磨损 直接造成的损失相当，如果再加上后续工序的影响，其经济损失 还需加上10%一20%。
摩擦痕迹 (350X)
1.6
磨损过程的一般规律：
1、磨损过程分为三个阶段:
表面被磨平， 实际接触面 积不断增大， 表面应变硬 化，形成氧 化膜，磨损 速率减小。
随磨损的增长，磨耗 增加，表面间隙增大， 表面质量恶 化，机件快速失效。
斜率就是磨损速率，唯一稳定值； 大多数机件在稳定磨损阶段（AB 段）服役； 磨损性能是根据机件在此阶段 的表现来评价。
（3）磨损比
冲蚀磨损过程中常用磨损比(也有称磨损率)来度 量磨损。
Hale Waihona Puke 材料的冲蚀磨损量（g或μ m 3） 磨损比＝ 造成该磨损量所用的磨料量（g）
它必须在稳态磨损过程中测量，在其它磨损阶段 中所测量的磨损比将有较大的差别。 不论是磨损量、耐磨性和磨损比，它们都是在一 定实验条件或工况下的相对指标，不同实验条件或 工况下的数据是不可比较的。
当材料产生塑性变形时，法向载荷W与较软材料的屈服极限σy之间的关系：
（1）
当摩擦副产生相对滑动，且滑动时每个微凸体上产生的磨屑为半球形。 其体积为(2/3)πa3，则单位滑动距离的总磨损量为:
磨损模型和预测方程：他们的形式和内容
磨损模型和预测方程：他们的形式和内容H.C. Meng 1，K.C. Ludema*密歇根大学机械工程系，安阿伯，MI48109-2125，USA摘要文献中的磨损模型和方程一般是根据其来源、内容和实用性来分析的。
然而，因为长期对磨损机理有误的主观表达、磨损过程中从显微观测到宏观模型转换的缓慢进展以及缺乏良好的实验来验证提已有模型，所以至今没有单一预测方程或者有限方程组可适用于所有的一般和实际应用。
关键词：磨损模型；预测方程1.引言工程上一个重要而久远的目标是以数学的形式研究一个系统中所有变量与参数间的性能关系。
在摩擦学中也是如此，工程师们依靠方程来预测磨损率。
不幸的是，可用的方程是如此令人失望以至于没有人能自信地利用任意方程来预测产品的寿命。
自动化设计对方程的需求尤其迫切，因为在这一领域的问题都比磨损问题量化得彻底，例如压力分析、振动分析以及失效机理等。
由于基于计算机设计方法的可信度的提高，在有效算法方面有缺陷的话题被最小化了（如果不忽略的话）。
磨损方程和模型问题是根据常规而独特的基础上讨论的。
关于该话题已经发表了很多文献，但极少涉及发展良好磨损模型这一具体方向。
最相关的文献是来自Bahadur总结的1977年摩擦材料会议的专题讨论以及一些关于磨损模型座谈会议记录和最近Bayer写的书中模型章节。
在接下来的文章中将会频繁地使用“模型”和“方程”这些术语，所以需要明确地定义。
磨损模型是对影响磨损的变量的列表、描述或者讨论。
在一些例子中，模型以文字的形式呈现，人们称之为文字模型。
当变量组合成数学的形式，就叫做磨损方程。
Barber很好地阐述了建模的一般原理：“工程建模的前提是最复杂的工程系统都可以设想为相关简单部件的组合，该部件的瞬时状态可用有限的参数来描述并且它以后的行为取决于通过数学量化的物理规律与相邻部件的作用”。
Barber对建模的阐述明显是基于能被模型化成一系列离散的机械单元的系统。
相对而言，磨损涉及与机械单元的物理和化学反应，则需要新的建模方法。
一种基于abaqus的磨损仿真模拟方法
一种基于abaqus的磨损仿真模拟方法摘要：本文介绍了一种基于abaqus的磨损仿真模拟方法。
该方法基于ABAQUS软件，通过建立磨损模型，模拟磨损过程，进而对磨损机理进行分析。
通过实验验证，该方法可以较为准确地预测材料的磨损情况，为材料的研发提供了一种新的手段。
关键词：abaqus；磨损；仿真；模拟；磨损机理一、引言磨损是材料在使用过程中不可避免的现象，它不仅会降低材料的性能，还会导致零部件的失效。
因此，研究材料的磨损机理和磨损特性对于提高材料的使用寿命和性能具有重要的意义。
目前，磨损研究主要采用实验方法和理论分析方法。
实验方法可以直观地观察材料的磨损情况，但是实验成本较高，且无法准确地确定磨损机理。
理论分析方法可以通过建立磨损模型，模拟磨损过程，进而对磨损机理进行分析。
这种方法不仅可以准确地预测材料的磨损情况，还可以为材料的研发提供一种新的手段。
ABAQUS是一种广泛应用于工程计算领域的有限元软件。
它可以建立各种复杂的模型，模拟各种力学问题，包括材料的磨损。
因此，本文提出了一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，以期为材料的研发提供一种新的手段。
二、建立磨损模型磨损模型是磨损仿真的关键。
目前，磨损模型主要分为经验模型和物理模型两种。
经验模型是基于实验数据建立的，可以预测材料的磨损情况，但是无法解释磨损机理。
物理模型是基于材料的本质特性建立的，可以解释磨损机理，但是需要大量的实验数据进行验证。
本文采用了一种基于物理模型的磨损模型。
该模型基于Archard 磨损理论，假设磨损是由于材料表面微小的凸起和凹陷之间的摩擦所引起的。
根据Archard磨损理论，磨损率W可以表示为：W = kH / (ρv)其中，k是比例常数，H是材料的硬度，ρ是材料的密度，v是相对速度。
该模型可以准确地预测材料的磨损情况，并且可以解释磨损机理。
三、模拟磨损过程模拟磨损过程是磨损仿真的核心。
本文采用了ABAQUS软件模拟磨损过程。
磨损的计算方法
（1）确定磨损过程中两接触表面之间的压力分布
（2）确定在零件的使用期限内的极限线磨损
（3）确定两摩擦表面上线磨损量
分布情况
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23
两个配合“联接”体的磨损计算法
现以圆锥式推力滑动轴承为例，说明这种计算 方法，见图5-15。
由图可知，其结构特点是具有一个不磨损(或磨
损很小)的导向面(向心轴承)，锥形旋转表面磨损后，
(334 )
(3)
式(3)是假设了各个微凸体在接触时均产生一个磨粒而导出。
如果考虑到微凸体相互产生磨粒的概率数K和滑动距离L，
则接触表面的粘着磨损量表达式为：
(4)
由于对于弹性材料σs≈H/3，H为布氏硬度值，则式(4)可
变为：
式中K为粘着磨损系数
由(4)式可得粘着磨损的三个定律：
①材料磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件
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14
磨损计算方法的背景
但是，由于影响磨损的因素非常多，所以磨 损的计算也是相当复杂的。各国的摩擦学专家曾 提出过很多计算方法用来计算各种类型的磨损和 一些计算方法还未能达到实用阶段，因此，仍需 努力深入研究，加以完善。本节将简要地介绍磨 损的IBM计算法、两个配合“联接”体的磨损计 算法和两种主要磨损类型的计算法，以便深入理 解磨损的本质。
IBM计算法
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18
IBM计算法
对应于2000个行程时的rR的数值，见表5-2。保证零 磨损时的行程次数N与tmax之间的关系可采用材料疲 劳曲线的关系式，即
由此式可以计算任意行程数容许的
精选可编辑ppt
19
IBM计算法
当N＞21600时，上式是可行的，用式(5一10)预测 零磨损需按以下步骤进行： 1、将摩擦副零件要求的工作期限换算成行程次数N； 2、用查表法或其它方法确定材料的 3、通过实验或查表法确定 4、计算出
基于ABAQUS单颗磨粒磨削螺旋锥齿轮有限元分析
DOI:10.3969/j.issn.2095-509X.2020.07.004基于ABAQUS 单颗磨粒磨削螺旋锥齿轮有限元分析从宝刚1,韦尧兵1,刘俭辉1,吕 鑫1,程金辉2(1.兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州 730050)(2.中原内配集团股份有限公司,河南焦作 454000)摘要:螺旋锥齿轮的磨削加工是一个复杂的过程,对单颗磨粒磨削工件的过程进行仿真研究对研究螺旋锥齿轮复杂的磨削过程具有重要意义。
利用有限元分析软件ABAQUS 建立单颗磨粒磨削加工螺旋锥齿轮的二维正交仿真模型,根据Johnson -Cook 力-热耦合数学本构模型建立45钢在一维应力状态下的本构方程,对单颗磨粒磨削过程进行仿真,分析磨屑的形成过程以及对工件表面质量的影响,得到工件在磨削过程中的等效塑性应变云图、应力云图与温度图;探究磨削过程中不同磨削速度、磨削深度参数对等效应力的影响,结果表明,磨削深度是影响螺旋锥齿轮磨削表面质量的重要因素;定性分析了磨削后工件表面的残余应力,为螺旋锥齿轮磨削表面质量的研究提供了理论依据。
关键词:螺旋锥齿轮;ABAQUS 仿真;Johnson -Cook 力-热耦合;磨削深度;等效应力中图分类号:TH161;TH132 文献标识码:A 文章编号:2095-509X (2020)07-0019-06 螺旋锥齿轮因其具有重叠系数大、传动平稳、承载能力强、传动比高、结构紧凑、耐磨损、噪声小等优点,广泛应用于汽车、能源、矿山机械、装备制造及交通等领域中,对其精密加工一般采用数控磨削[1]。
由于磨削加工后的工件表面硬度高、质量好、使用寿命长,因此一般把磨削作为螺旋锥齿轮加工的最后一道工序。
螺旋锥齿轮其齿型呈空间螺旋结构,国际上通用的齿制有3类:圆弧收缩齿、摆线等高齿、准渐开线齿,加工这3种齿制齿轮的机床分别为Gleason 系列机床、Oerlikon 系列机床和Klingelnberg 系列机床。
基于有限元的齿轮箱惰轮端面磨损分析
基于有限元的齿轮箱惰轮端面磨损分析杜春鹏;王佳;闵运东;刘薇;刘伟忠【摘要】在齿轮箱设计中,惰轮端面磨损经常出现,本文通过有限元方法深入剖析了惰轮磨损的根本原因,即惰轮受到轴向力或径向力产生的倾覆力偶矩,与壳体端面产生应力集中,造成剧烈摩擦,并提出了三种适用于不同结构环境的解决对策,经试验验证效果很好,为变速箱、取力器、驱动桥中的惰轮设计提供理论参考,避免以往经验设计的随机性,提高了设计效率.【期刊名称】《汽车科技》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】4页(P73-75,85)【关键词】齿轮箱惰轮;端面磨损;有限元分析;应力集中【作者】杜春鹏;王佳;闵运东;刘薇;刘伟忠【作者单位】东风商用车有限公司技术中心,武汉430000;东风商用车有限公司技术中心,武汉430000;东风商用车有限公司技术中心,武汉430000;东风商用车有限公司技术中心,武汉430000;东风商用车有限公司技术中心,武汉430000【正文语种】中文【中图分类】U463.2前言磨损是影响机械寿命的主要因素之一，对于齿轮系统，轮齿的过度磨损不仅会影响齿轮的传动精度和效率，还会造成机构振动、产生噪声等，严重时甚至会使轮齿断裂，造成重大事故。
磨损具有缓慢的渐进性特点，对机械系统性能的影响也是一个渐进性缓慢失效过程，与突发性失效相比往往容易被忽视，但其危害性却很大[1]。
对于齿轮磨损问题国内外学者作了多年的研究，但由于磨损问题的复杂性，至今仍没形成一套成熟有效的方法，以往的研究主要是以实验为主，通过实验测量磨损量或根据磨粒的铁谱分析、尺寸分析来预测齿轮轮齿的磨损程度，但是由于实验成本高，周期长，且不同的齿轮副、不同的工况条件其磨损特性也不一样，实验获得的结果缺乏普适性。
基于理论分析，结合物理实验，应用数值仿真技术研究齿轮的磨损问题将是一条行之有效的途径[2]。
齿轮传动是机械中最重要和应用最广泛的传动形式之一。
在齿轮传动的失效形式中，齿面磨损占了很大一部分。
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数， 对 钢 而言 ， ｎ、 ｂ取 １ ， ｃ 取２ ； Ｋ为与材 料 特性相关 的常数 ， Ｋ ＝２ Ｘ １ ０ ～； 为模 具材 料硬 度 。
粘结点形成
粘结点破坏
图ｌ Ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ｄ磨 损 模 型
螺 旋 伞齿轮 的基 本参 数为 ： 齿数 ｚ ＝３ ９ ， 模数 ｍ＝ ４ ， 压 力角 ＝２ ０ 。 ， 螺 旋 角 ＝ ３ ５ 。 ， 齿宽 ２ ３ ｍｍ， 齿 顶 高 ２ ． ２ ４ ｍｌ ｌ ｌ ， 齿全 高 ７ ． ５ ５ ａ ｒ ｍ， 右 螺旋 方 向。其 有 限元模 型如 图 ２所 示 。在 Ｄ Ｅ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ 前处 理 中 ， 初 始条 件设 置 如
４ ５ ２
长பைடு நூலகம்
春
大
学
学
报
第２ ４卷
１ ／ ３ ； 定 义模具 与坯 料 之问 的摩擦 为 剪切 摩擦 ， 摩擦 系数 定义 为 ０ ． ３ ， 坯 料 与环 境之 问 的对流 因子定 义 为０ ． ０ ５ Ｎ ／ ｓ － ｍｍ ・ ｏ Ｃ， 热 传 导系数 定 义为 １ １ ／ Ｎ ／ ｓ ｅ ｃ ／ ｍ ｍ ／ ￣ Ｃ； 上模 运动 速度 定义 为 ｌ Ｏ ｍｍ ／ ｓ 。 本 文设 置两 组模 拟方 案来研 究 螺旋 伞齿 轮精 锻成 形过 程 中模 具 磨损 的 分布规 律 ， 如表 １ 所列。
１ Ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ｄ磨损理论及有 限元模型 的建立
Ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ｄ模 型 被广 泛应用 于计算 金 属压 力成形 过 程 中 的磨 损情 况
其一 般计 算公式 表 示 为 ：
∞ ＝ Ｋ ｄ
。图 １所 示 为 Ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ｄ磨 损 模 型 ，
式中： ∞为磨 损深 度 ； Ｐ为模具 表面 所受 正压力 ； 为模具 和 材料接 触点 的相 对滑 移速 度 ； ０ 、 ｂ 、 ｃ 为材 料常
杨 晓蕾，吴淑芳
（ 长春理工大学 机电工程学院 ， 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ）
摘
要： 基于 Ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ｄ磨 损 理 论 ， 应 用 刚 塑 性 有 限 元 法 对 螺 旋 伞 齿 轮 精 锻 成 形 过 程 中模 具 的 磨 损 情 况进 行 了模 拟 分
析， 主要 分析 了模 具预 热温度和精锻 成形速度 对模 具磨损 的影响。结果表明 ： 在一 定温度 范围 内， 提 高模 具预 热温 度有利 于提 高模具的耐磨性 ； 成形速 度的增加 会降低模 具的耐磨性。
第２ ４卷
第 ４期
长
春
大
学
学
报
Ｖｏ Ｉ ＿ ２ ４ Ｎｏ ． ４ Ａｐｒ ．２ ０１ ４
２ ０ １ ４年 ４月
Ｊ ＯＵ ＲＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ Ｃ ＨＡＮＧＣ ＨＵＮ ＵＮＩ Ｖ ＥＲ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
基于 Ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ｄ磨 损理 论 的 螺旋 伞 齿轮 精锻 成 形 模 具 磨 损 分 析
关键词 ： 螺 旋 伞 齿轮 ； 模具磨损 ； 数 值 模 拟 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｇ Ｉ ６ ２ ． ４ １ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ９— ３ ９ ０ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４— ４５ ０ １一 ｏ ４
热锻 模具 的主 要失效 形式 有 ： 塑性 变形 、 疲劳 、 冷热 疲 劳 、 磨损 、 断 裂及 开裂 五种 ， 其 中磨 损 失效约 占全部 失效 形式 的 ７ ５ ％［ 】 － ２ ］ 。模具 磨损 表现 为模具 在服 役 时 因与 坯料 产 生 相对 运 动和 摩擦 ， 导 致 的模 具 的 表 面状 态 或几何 形状 不满 足成形 条件 而不 能继 续服役 。影 响模 具磨 损形 式 的原 因多种 多样 且不 同原 因会导 致 不一 样 的磨损 快慢 程度 。热锻 模具 在工作 时 与坯料 发 生一定 量 的热交 换 ， 模 具表 层受 热软 化 ， 所 以大大 降低 了模 具 的耐磨 性 ， 热 作模 具 的磨 损 过程极 为 复杂 ， 对 于控 制 因磨 损 而导 致 的模 具 失效 几 乎是 不 可 能 完成 的事情 。 因此 ， 建立 在有 限元 模型 基础 上 的模 具磨 损分 析 为更好 的对模 具设 计 和制造 做 出指导 提供 有力 的分 析手段 ， 从 而提 高模具 使用 寿命 。
下： 坯 料材 料 为 ４ ０ Ｃ ｒ ， 模具 材料 为 Ｈ１ ３ ， 模 锻硬 度定 义为 ５ ２ ＨＲ Ｃ； 上 下模 具定 义 为刚性体 ， 预热温 度 为 ３ ０ ０ ￣ Ｃ，
坯料定 义 为刚 塑性 体 ， 锻件 始锻 温度 为 ｌ Ｉ Ｏ ０ ￣ Ｃ， 环 境温度 定 义为 ２ ０ ｃ ｌ Ｃ； 坯料 网格 划分 为 １ ０ ０ ０ ０ ０个 ， 上模 网格 划分 为 １ ２ ０ ０ ０ ０个 ， 下模 网格 划分 为 ８ ０ ０ ０ ０个 ， 网格划 分 完整后 ， 定 义模拟 步长 为不 超过 坯料 最小 网格边 长 的
表 １ 两 组 模 拟 方 案
２ 模 拟 结 果 分 析
２ ． １ 模具 预 热温 度对 其磨损 量 的影 响
分析 图 ３和表 ２可知 ， 不 同 预热 温 度下 ， 上 模 的最 大 磨损 区域 基 本 相 同 ， 但 是 最 大 磨 损 量 有 较 大 差 别 。在 工 件 成形 过程 中上 模 与 坯 料 始 终 保 持 接 触 的 区域 ， 其 磨 损
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － １ ２ — ３ ０
作者简介 ： 杨晓蕾 （ １ ９ ９ ０ ． ） ， 男， 内蒙古乌兰察布人 ， 硕 士研 究生 ， 主要从事机械制 造及其 自动化方 面研 究 ； 吴淑芳 （ １ ９ ６ ４ 一 ） ， 女，
吉林 长春人 ， 教授 ， 博士 ， 主要从事机械 Ｃ Ａ Ｄ ／ Ｃ Ａ Ｍ及仿真技术方面的研究 。