热管式锻造模具的结构设计与研究
目 录
1 绪论 1
1.1 锻造的发展概况 1
1.2 锻造的主要类型 2
1.3 锻造的现实应用 2
1.4 本课题的研究意义 3
2 热管的热传导技术 3
2.1 热管技术的发展介绍 3
2.2 热管的组成与工作原理 4
2.3 热管的分类 4
2.4 热管的几何尺寸特征 5
2.5 热管材料和吸液芯结构 5
2.6 热管的导热能力 6
2.7 热管的热阻 7
2.8 热管的散热能力 8
3 石墨烯导热机理 8
3.2 石墨烯的发展 8
3.1 石墨烯结构简介 8
3.2 石墨烯的导热能力 9
4 热管式锻造模具的整体设计 10
4.1 热管式锻造模具的技术方案 10
4.2 热管式锻造模具的结构设计 11
5 热管式锻造模具的温度场有限元分析 13
5.1 热锻模具的温度场模型 13
5.2 热锻模具的有限元分析 13
6 热锻模具的常见失效形式 16
6.1 热疲劳失效 16
6.2 热磨损失效 16
6.3 塑性变形失效 17
6.4 断裂失效 17
7 提高热锻模具寿命的其他措施 17
7.1 合理选材 17
7.2 模具的预热 17
7.3 强韧化处理 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
结论 19
致谢 20
参考文献 21
1 绪论
1.1 锻造的发展概况
锻造历史深远，在新石器后期，人类通过捶打天然红铜制作各类装饰和生活用品。近代以来，锻造技术愈加完善，我国锻造行业在"九五"期间技术得到极大改造，采用目前拥有的设备也可以生产较为精密的产品，形成了生产线管理。如今，锻造行业应用广泛，在重要领域也占有很大比重，如：钢铁、航空航天、造船、汽车等。虽然我国现今锻造技术较为先进，但与国外相比仍然存在许多不足之处。我国锻造成本一般在35%左右，而国外技术较为先进，其锻造成本仅有10%左右。此外，锻件的寿命低下、机械性能差也是我国锻造行业存在的弊端。
与此同时，国外工业先进，但仍非常重视锻造行业的改进。国外锻造器械品种繁多，应用更为广泛，目前国内外锻造行业的发展趋势大致如下：
（1）锻造成形工艺
所有行业都需要面临技术革新的问题，锻造行业也不例外，而且越来越向精密化和环保化方法。近年来，随着精密仪器行业的发展，对于其零部件的需求逐步增加，工艺水准要求也越来越高，因此也就促使锻造工艺要不断地更新换代以满足要求。环保化是指锻造生产时对资源的利用率和环境的破坏率，目前的发展方向是资源最大化利用、环境最小化影响。
（2）锻造技术
随着社会以及各行业的多元化发展，锻造技术也要随之向前发展。在锻造工艺发展之初，由于没有书籍和准则来依附，因此需要在大量的实际操作中不断汲取经验，从而一步步提高工艺水平，但是这种工艺方式很难满足大规模生产的需求。随着现代科学技术的发展，虚拟仿真逐步应用于锻造行业中，在锻造行业中的作用也越来越重要。
（3）设备过程
科学技术发展迅速，随之带动了诸多产业一起发展，如果产业还是止步不前，其很快就会被迫退出市场。如今，锻造正努力发展全自动化以及精密化，而传统的工艺过程和生产设备已经不能满足这种发展需求，设备和工艺的改革便开始了。高智能、高自动的锻造设备逐步取代传统设备成为主流，此外，机器人、机械手等在实际操作中的使用也更为普遍，精锻工艺已经在向智能化方向前进。
（4）精锻产品
精锻产品目前主要向精密化、准确化、繁重化发展。随着生活水平的提升以及制造行业的飞速发展,人们对产品的各项标准要求也更为严格,如舒适度、精度、强度等等。和其他工艺比较，锻造的优势诸多，如：零污染、效率高、经济效益高等。在实际生活使用用品中，锻造产品的比重也越来越高。
1.2 锻造的主要类型
根据锻件的工作温度来划分，锻造分为三种，分别为冷锻、温锻和热锻。这三种的锻造工艺不同，而且每种工艺对锻造件的各项物理和力学能力的影响也不一样。
（1）热锻
热锻是在金属再结晶温度条件下工作的，在加工过程中，软硬化都存在，不过软化的影响不受硬化的影响。热锻是材料已经发生变形从而获得晶粒组织的变形方式。热锻适用于加工那些形状复杂、尺寸较大的零件，因此，热锻的应用最为广泛。
（2）温锻
温锻是指金属在锻造期间一直处于回复温度和再结晶温度之间。同时，它也存在软硬化作用，相比于软化作用，硬化作用较为强烈，因此加工硬化所造成的影响一般会存在于金属中。温锻和冷锻相比，温锻具有良好的塑性和变形抗力，因此温锻的发展 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
前景也极为乐观。
（3）冷锻
冷锻一般是指金属在工作时，其变形所需要的温度小于回复所需要的温度，且在冷锻过程中只有加工硬化。冷锻加工出来的产品精度高、表面光滑且有很高的生产效率。因此，冷锻也越来越被广泛利用。
1.3 锻造的现实应用
锻造历史悠久，虽然加工方式比较古老，但由于其与其他加工方式相比具有多方面良好的加工特点，因此锻造生产仍占有重要地位，锻造方式方法随着科学技术的发展也逐渐提高。
通过锻造方式可以获得一些特定要求的零部件，尤其是针对一些工作条件恶劣、负重大、强度高的核心部位，只能够通过锻造方式获得。比如人字齿轮、压力机工作缸、汽车连杆等。对于一些质量极高（200t以上）的部件，除了锻造方式，其他加工方式极难获得。
目前，锻造行业已经覆盖了诸多领域，同时在航空航天、钢铁、船舶、汽车等国民重要领域也占有很大比重。同时它们对锻造生产的要求也越来越严格，比如需要生产形状复杂的特殊零件、不经切削加工的精密零件以及极高的力学性能的零件。
与其他压力加工方式相比，锻造生产具有以下优越性：
（1）生产成本低。锻造生产相比于其他加工方式，具有很多优势。比如零污染、效率快、节省原料等，可以降低生产成本，进一步提高经济效益，因此一些零部件都利用锻造来获得。
（2）锻件质量较高。锻造生产出的零部件刚度、塑性都比较好，且可以承受较大的冲击载荷，一般重要零件都通过锻造方式获取。
（3）灵活性相对较大。对于一些小批量生产的工厂，自由锻造极为重要。
（4）生产效率高。比如在生产m24螺帽的时候，顶锻自动机的效率比自动车床高达十七倍左右。
1.4 本课题的研究意义
锻造生产在机械制造业中占有很大比重，也是毛坯生产的重要来源。它可以增强金属的内部结构，提高其物理和力学性能，还可以快速获得所需的金属形状，具有很大的灵活性。如今，锻造行业应用广泛，在一些重要领域占有很大比重，如：钢铁、航空航天、船舶、汽车等。
1 绪论 1
1.1 锻造的发展概况 1
1.2 锻造的主要类型 2
1.3 锻造的现实应用 2
1.4 本课题的研究意义 3
2 热管的热传导技术 3
2.1 热管技术的发展介绍 3
2.2 热管的组成与工作原理 4
2.3 热管的分类 4
2.4 热管的几何尺寸特征 5
2.5 热管材料和吸液芯结构 5
2.6 热管的导热能力 6
2.7 热管的热阻 7
2.8 热管的散热能力 8
3 石墨烯导热机理 8
3.2 石墨烯的发展 8
3.1 石墨烯结构简介 8
3.2 石墨烯的导热能力 9
4 热管式锻造模具的整体设计 10
4.1 热管式锻造模具的技术方案 10
4.2 热管式锻造模具的结构设计 11
5 热管式锻造模具的温度场有限元分析 13
5.1 热锻模具的温度场模型 13
5.2 热锻模具的有限元分析 13
6 热锻模具的常见失效形式 16
6.1 热疲劳失效 16
6.2 热磨损失效 16
6.3 塑性变形失效 17
6.4 断裂失效 17
7 提高热锻模具寿命的其他措施 17
7.1 合理选材 17
7.2 模具的预热 17
7.3 强韧化处理 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
结论 19
致谢 20
参考文献 21
1 绪论
1.1 锻造的发展概况
锻造历史深远，在新石器后期，人类通过捶打天然红铜制作各类装饰和生活用品。近代以来，锻造技术愈加完善，我国锻造行业在"九五"期间技术得到极大改造，采用目前拥有的设备也可以生产较为精密的产品，形成了生产线管理。如今，锻造行业应用广泛，在重要领域也占有很大比重，如：钢铁、航空航天、造船、汽车等。虽然我国现今锻造技术较为先进，但与国外相比仍然存在许多不足之处。我国锻造成本一般在35%左右，而国外技术较为先进，其锻造成本仅有10%左右。此外，锻件的寿命低下、机械性能差也是我国锻造行业存在的弊端。
与此同时，国外工业先进，但仍非常重视锻造行业的改进。国外锻造器械品种繁多，应用更为广泛，目前国内外锻造行业的发展趋势大致如下：
（1）锻造成形工艺
所有行业都需要面临技术革新的问题，锻造行业也不例外，而且越来越向精密化和环保化方法。近年来，随着精密仪器行业的发展，对于其零部件的需求逐步增加，工艺水准要求也越来越高，因此也就促使锻造工艺要不断地更新换代以满足要求。环保化是指锻造生产时对资源的利用率和环境的破坏率，目前的发展方向是资源最大化利用、环境最小化影响。
（2）锻造技术
随着社会以及各行业的多元化发展，锻造技术也要随之向前发展。在锻造工艺发展之初，由于没有书籍和准则来依附，因此需要在大量的实际操作中不断汲取经验，从而一步步提高工艺水平，但是这种工艺方式很难满足大规模生产的需求。随着现代科学技术的发展，虚拟仿真逐步应用于锻造行业中，在锻造行业中的作用也越来越重要。
（3）设备过程
科学技术发展迅速，随之带动了诸多产业一起发展，如果产业还是止步不前，其很快就会被迫退出市场。如今，锻造正努力发展全自动化以及精密化，而传统的工艺过程和生产设备已经不能满足这种发展需求，设备和工艺的改革便开始了。高智能、高自动的锻造设备逐步取代传统设备成为主流，此外，机器人、机械手等在实际操作中的使用也更为普遍，精锻工艺已经在向智能化方向前进。
（4）精锻产品
精锻产品目前主要向精密化、准确化、繁重化发展。随着生活水平的提升以及制造行业的飞速发展,人们对产品的各项标准要求也更为严格,如舒适度、精度、强度等等。和其他工艺比较，锻造的优势诸多，如：零污染、效率高、经济效益高等。在实际生活使用用品中，锻造产品的比重也越来越高。
1.2 锻造的主要类型
根据锻件的工作温度来划分，锻造分为三种，分别为冷锻、温锻和热锻。这三种的锻造工艺不同，而且每种工艺对锻造件的各项物理和力学能力的影响也不一样。
（1）热锻
热锻是在金属再结晶温度条件下工作的，在加工过程中，软硬化都存在，不过软化的影响不受硬化的影响。热锻是材料已经发生变形从而获得晶粒组织的变形方式。热锻适用于加工那些形状复杂、尺寸较大的零件，因此，热锻的应用最为广泛。
（2）温锻
温锻是指金属在锻造期间一直处于回复温度和再结晶温度之间。同时，它也存在软硬化作用，相比于软化作用，硬化作用较为强烈，因此加工硬化所造成的影响一般会存在于金属中。温锻和冷锻相比，温锻具有良好的塑性和变形抗力，因此温锻的发展 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
前景也极为乐观。
（3）冷锻
冷锻一般是指金属在工作时，其变形所需要的温度小于回复所需要的温度，且在冷锻过程中只有加工硬化。冷锻加工出来的产品精度高、表面光滑且有很高的生产效率。因此，冷锻也越来越被广泛利用。
1.3 锻造的现实应用
锻造历史悠久，虽然加工方式比较古老，但由于其与其他加工方式相比具有多方面良好的加工特点，因此锻造生产仍占有重要地位，锻造方式方法随着科学技术的发展也逐渐提高。
通过锻造方式可以获得一些特定要求的零部件，尤其是针对一些工作条件恶劣、负重大、强度高的核心部位，只能够通过锻造方式获得。比如人字齿轮、压力机工作缸、汽车连杆等。对于一些质量极高（200t以上）的部件，除了锻造方式，其他加工方式极难获得。
目前，锻造行业已经覆盖了诸多领域，同时在航空航天、钢铁、船舶、汽车等国民重要领域也占有很大比重。同时它们对锻造生产的要求也越来越严格，比如需要生产形状复杂的特殊零件、不经切削加工的精密零件以及极高的力学性能的零件。
与其他压力加工方式相比，锻造生产具有以下优越性：
（1）生产成本低。锻造生产相比于其他加工方式，具有很多优势。比如零污染、效率快、节省原料等，可以降低生产成本，进一步提高经济效益，因此一些零部件都利用锻造来获得。
（2）锻件质量较高。锻造生产出的零部件刚度、塑性都比较好，且可以承受较大的冲击载荷，一般重要零件都通过锻造方式获取。
（3）灵活性相对较大。对于一些小批量生产的工厂，自由锻造极为重要。
（4）生产效率高。比如在生产m24螺帽的时候，顶锻自动机的效率比自动车床高达十七倍左右。
1.4 本课题的研究意义
锻造生产在机械制造业中占有很大比重，也是毛坯生产的重要来源。它可以增强金属的内部结构，提高其物理和力学性能，还可以快速获得所需的金属形状，具有很大的灵活性。如今，锻造行业应用广泛，在一些重要领域占有很大比重，如：钢铁、航空航天、船舶、汽车等。
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