外文翻譯--對渦輪增壓器葉輪和齒環(huán)的鍛造加工過程進行模具優(yōu)化設計 中文版.doc

本科生畢業(yè)設計(論文)外文翻譯原文標題OptimizationofDieDesignforForgingaTurbo-ChargerImpellerandaRingGearUsingProcessSimulation譯文標題對渦輪增壓器葉輪和齒環(huán)的鍛造加工過程進行模具優(yōu)化設計共13頁第1頁譯文標題對渦輪增壓器葉輪和齒環(huán)的鍛造加工過程進行模具優(yōu)化設計原文標題OptimizationofDieDesignforForgingaTurbo-ChargerImpellerandaRingGearUsingProcessSimulation作者JayGunasekera譯名杰伊谷那山克勒國籍美國原文出處/references對渦輪增壓器葉輪和齒環(huán)的鍛造加工過程進行模具優(yōu)化設計由美國俄亥俄大學機械工程系主席、高等教育博士杰伊谷那山克勒和該大學的兩個博士學生曼亞德歐莫黑博和法蘭德歐慕法迪共同完成。概要：本項目的目的是為美國的兩個不同的汽車鍛造產(chǎn)品公司進行兩種復雜產(chǎn)品（渦輪葉輪和齒環(huán)）的初鍛及終鍛過程的模具優(yōu)化設計。渦輪葉輪必須保證最低有效塑性應變不小于0.5，以增加韌性和抗斷裂能力用來支持非常高的離心應力。這對于應變分布以及晶粒尺寸盡可能均勻的分布在整個成品中也是很重要的，從而才能獲得具有最佳機械性能的Al2618渦輪。晶粒尺寸的優(yōu)化是由確定最優(yōu)平均溫度和應變率（由使用齊納-霍洛曼參數(shù)）來進行的。第二項目是優(yōu)化齒環(huán)模具設計，目的是減少鍛造次數(shù)和由于過多溢料造成的材料浪費。該軟件使用的是MSC.SuperForge的Simufact.forming前身，它能夠在最后階段檢查模具填充、缺損成型與模具接觸干涉。它也可以通過精密鍛造有限元仿真來判斷和顯示各種重要的參數(shù)，例如:有效塑性應變，等效應變率，有效應力，材料流量，溫度，力與時間的關系和最終形狀。結(jié)果顯示該軟件可以有效地用于優(yōu)化鍛造工藝，最大限度地提高機械強度，減少廢料及材料鍛造階段，從而降低整體制造成本。1.簡介這個項目的目標是為兩個復雜汽車鍛造產(chǎn)品進行初鍛及終鍛的模具優(yōu)化設計。第一部分是一個鋁制的渦輪增壓器葉輪（或渦輪）。渦輪有極高的轉(zhuǎn)速（可達10萬轉(zhuǎn)），可以迅速從開始加速到具有很高的離心應力。新的毛坯模具都必須經(jīng)過預先設計，從而使這部分有效塑性應變在靜態(tài)金屬區(qū)可達到到一個大于0.5的值。由于屈服強度會增加靜態(tài)金屬區(qū)低而有效的塑性應變，所以也可以通過優(yōu)化初鍛毛坯模具得到增加，這也導致了在各地形成了近乎統(tǒng)一的有效塑性應變產(chǎn)品。參考圖1，可見，一個AA2618合金材料的扁平毛坯在初鍛使用時的旋轉(zhuǎn)部分變形情況。參考圖2，最終被用于獲取有效塑性應變大于0.5的最終產(chǎn)品的模具輪廓。然而，這并不會導致整體均勻塑性應變大于0.5。此產(chǎn)品相關的一個問題是存在低塑性應變區(qū)，即顯示在圖1和圖2中金屬藍色的區(qū)域，也被稱為靜態(tài)金屬區(qū)（DMZ）。共13頁第2頁圖1平模變形輪廓圖2最終平模變形輪廓我們的目標是從AA2618到整個制造過程中實現(xiàn)鍛造轉(zhuǎn)動部分力學性能最佳。鍛造操作的主要優(yōu)勢是通過減少工件多相組織來獲得熱量。另一個目標是優(yōu)化齊納霍洛曼參數(shù)，最優(yōu)Z由平均溫度和應變率確定，從而得到一個材料晶粒尺寸指示。齊納霍洛曼率和參數(shù)的增大，同時使有效塑性變形平均應變速率增大而鍛造時間減少。它也可通過降低鍛造溫度來增加。粗柱狀晶粒被較小的等軸晶粒所取代，晶粒再結(jié)晶可以使其延展性和韌性有所增加。這將直接減少了鍛件的強度，但是，增加其中一個初坯模的應變幅度將能夠一直保持材料的強度。第二部分是一個齒環(huán)，這里的目的是減少鍛造階段的工序，同時減少材料浪費。有限元仿真模擬在預測變形流動模式上發(fā)揮了重要的作用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。然而，有限元法的主要作用是運用經(jīng)驗驗證完成的模具在設計關系或工程實踐中是否合理。通常情況下，為了達到最佳的性能需要進行多次初鍛，直到從最初的簡單形狀鍛造為具有形位公差和金屬成形工藝的復雜幾何外形為止。鍛造預成形設計是通過使用類似模具設計的程序進行反向變形模擬的，并在最終產(chǎn)品外形以及材料性能要求基礎上確定模具的形狀和工藝參數(shù)。因此，鍛造前使用反向模擬模具設計的方法將對模鍛設計過程有著很大的作用。優(yōu)化整個鍛造過程中通過使用充分的和適當?shù)念A鍛形式以獲得所需的鍛造屬性，如實現(xiàn)合適的模具填充，減少材料浪費，減少模具磨損，取得良好的晶粒流動性和滿足條件所需的負載。UBET（上限單元技術）是用于獲取反向模擬最佳方法，另外有限體積法（Simufact.forming軟件）是用來做正向模擬及驗證設計。UBET已開發(fā)并被許多研究人員使用，例如李等。使用UBET鍛造負荷分析：模具填充、鍛件的有效應變和有無溢料間隙。該方案同時適用于軸對稱和非軸對稱閉塞模鍛造以及有肋腹式腔的平面應變封閉模鍛，本研究從所取得的成果進行了比較實驗，并獲得了一個良好的結(jié)果。這個預先設計的方法是由劉，等研究出的，它結(jié)合了有限元為基礎的模擬和UBET為基礎的逆向模擬。布拉姆利，已運用TEUBA，這是一個UBET為基礎的用于鍛造成形反向模擬設計的計算機程序，這種方法是以最終所需外形和模具反向流速為基礎的方式，在模具的材料最深切的終鍛腔形成一個自由邊界，在一定的工步內(nèi)材料反向流進去，然后模具鋼坯分開這就完成了鍛造的預成形。趙，等運用有限元的模具逆向跟蹤方法對通用渦輪盤過程進行鍛共13頁第3頁模設計。最后，米莫翰里波和杰伊谷那山克勒使用UBET反向模擬環(huán)件軋制和鍛造齒環(huán)。齒環(huán)項目在這個文件里做了報告。在UBET理論中可以找到許多優(yōu)秀的文獻，所以不在這里重復。2渦輪分析有限元分析（FEA）技術的發(fā)展已經(jīng)為改良模具、設備設計和改善材料性能提供了重要的聯(lián)系。代碼輸入到有限元，包括具有材料特性的工件（流程應力和熱性能）和工具/工件界面（摩擦和傳熱屬性），以及工件與模具的幾何形狀。典型的輸出包括預測成形載荷，應變，應變率和溫度等值線圖，及模具變形。這種模型的研究方法是：1模型如預成形（鐓模等）的固體坯料邊緣首先在CAD軟件制成和上下模具閉模鍛造一樣。該模型導出的三維有限元分析技術，如FV的（有限體積）分析（模擬）通過SUPERFORGE可發(fā)現(xiàn)實際鍛造模具的旋轉(zhuǎn)部分在設計中的缺陷。2要著力優(yōu)化預成形設計。3確定最佳的預成形設計和基于最優(yōu)化結(jié)果完成的效果，并驗證此方法的適用性。在閉塞模鍛過程中最重要的方面是預成形或（初鍛模）設計，以達到足夠的金屬分布。有了正確的預成形設計，無缺陷金屬流動和完整的模具填充可以實現(xiàn)在終鍛造過程中金屬損耗和溢料減至最低。對涉及到金屬流動的預成形結(jié)構(gòu)的了解是一個特別艱難的任務。三維造型軟件SolidEdge用于建立零件，毛坯及模具。SolidEdge中可以經(jīng)過選擇找到一部分模擬的體積。SolidEdge的選項提供了布爾運算，其中一個特定的形狀，可減去或添加到其他形狀上。在本研究中，上模和下模都沒有進行布爾運算。SimufactSUPERFORGE用來模擬鍛造工藝。3有限體積方法傳統(tǒng)的有限元網(wǎng)格劃分時，盡力跟蹤變形材料。然而，當采用有限體積法使用有限體積固定參照系來劃分網(wǎng)格時，毛坯材料就可通過網(wǎng)格。材料的質(zhì)量和動量從一個部件傳到另一個部件的過程中產(chǎn)生能量。有限體積法是通過體積元素在空間相交的點來進行網(wǎng)格劃分的。下坯模的物質(zhì)能在整個網(wǎng)格分析時運動。因此，經(jīng)過固定體積元素的物質(zhì)運動是由有限體積求解器做出的。模具就像運用有限元劃分網(wǎng)格法在模擬鍛造材料流程邊界時一樣工作。材料的應力包括有限元分析時加在模具表面的壓