对涡轮增压器叶轮和齿圈的锻造加工过程进行模具优化设计VIP免费

第1页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共9页对涡轮增压器叶轮和齿圈的锻造加工过程进行模具优化设计由美国俄亥俄大学机械工程系主席、高等教育博士——杰伊·谷那山克勒和该大学的两个博士学生曼亚德·欧莫黑博和法兰德·欧慕法迪共同完成。概要：本项目的目的是为美国的两个不同的汽车锻造产品公司进行两种复杂产品（涡轮叶轮和齿圈）的初锻及终锻过程的模具优化设计。涡轮叶轮必须保证最低有效塑性应变不小于0.5，以增加韧性和抗断裂能来支持非常高的离心应力。这对于应变分布以及晶粒尺寸尽可能均匀的分布在整个成品中也是很重要的，从而获得最佳的机械性能的Al2618涡轮。晶粒尺寸的优化是由确定最优平均温度和应变率（由参数使用齐纳Hollomon）来进行的。第二项目是优化环形齿圈模具设计，以便减少锻造次数和由于过多溢料造成的材料浪费。该软件使用是MSC.SuperForge的Simufact.forming前身，它能够在最后阶段检查模具充填、缺损成型与模具接触干涉。它也可以使用Superforge–FV（有限体积）仿真判断和显示各种有用的参数，例如:有效塑性应变，等效应变率，有效应力，材料流量，温度，力与时间的关系和最终形状。它的结论是该软件可以有效地用于优化锻造工艺，最大限度地提高机械强度，减少废料及材料锻造阶段，从而降低整体制造成本。1.简介：这个项目的目标是为两个复杂汽车锻造产品进行初锻及终锻的模具优化设计。第一部分是一个铝制的涡轮增压器叶轮（或涡轮）。这零件有极高的转速（可达10万转），可以迅速从开始加速到具有很高的离心应力。新的预制毛坯模具都必须经过设计，从而使这部分有效塑性应变在静态金属区可达到到一个大于0.5的值。由于屈服强度会增加静态金属区低而有效的塑性应变，所以也可以通过优化初锻毛坯模具得到增加这也导致了在各地形成了近乎统一的有效塑性应变产品。参考图1，可见，一个AA2618合金材料的扁平毛坯在初锻使用时的旋转部分。参考图2，最终被用于获取有效塑性应变大于0.5的最终产品的模具轮廓。然而，这并不会导致整体均匀塑性应变大于0.5。此产品相关的一个问题是存在低塑性应变区，即显示在图1和图2中金属蓝色的区域也被称为静态金属区（DMZ）[1]。图1-扁平模具轮廓变形图2最终模具产品轮廓我们的目标是从AA2618到整个制造过程中实现锻造转动部分力学性能最佳。锻造操作的主要优势是通过减少工件多相组织来获得热量;，因为腔融合孔隙被淘汰。另一个目标是优化齐纳霍洛曼参数，Z由平均温度和应变率最优确定，以便得到一个材料晶粒尺寸指示。齐纳霍洛曼率和参数的增大，同时在有效塑性变形平均应变速率增大而锻造时间减少。它也可通过降低锻造温度来增第2页共9页第1页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共9页加。粗柱状晶粒被较小的等轴晶粒所取代，晶粒再结晶可以使其延展性和韧性有所增加。这将直接减少了锻件的强度，但是，增加其中一个初坯模的应变幅度将能够一直保持材料的强度。第二部分是一个齿圈[2]，这里的目的是减少锻造阶段的工序，同时减少材料浪费。有限元仿真模拟在预测变形流动模式上发挥了重要的作用，提高了产品质量。然而，有限元法的主要作用是运用经验验证完成的模具在设计关系或工程实践[3]中是否合理。通常情况下，为了达到最佳的性能需要进行多次初锻，直到从最初的简单形状锻造为具有形位公差和金属成形工艺的复杂几何外形为止。锻造预成形设计是通过使用类似模具设计的程序进行反向变形模拟，并在最终产品外形以及材料性能要求基础上确定模具的形状和工艺参数。因此，锻造前使用反向模拟模具设计的方法将对模锻设计过程有着很大的重要。优化整个锻造过程中通过使用充分的和适当的预锻形式以获得所需的锻造属性，如实现合适的模具填充，减少材料浪费，减少模具磨损，取得良好的晶粒流动性和满足条件所需的负载[3]。UBET（上限单元技术）是用于获取反向模拟最佳方法，另外有限体积法（Simufact.forming软件）是用来做正向模拟及验证设计。UBET已开发并被许多研究人员使用，例如李等。[4]使用UBET锻造负荷分析：模具填充、锻件的有效...