外文翻譯--對(duì)渦輪增壓器葉輪和齒環(huán)的鍛造加工過(guò)程進(jìn)行模具優(yōu)化設(shè)計(jì) 中文版.doc

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯原文標(biāo)題OptimizationofDieDesignforForgingaTurbo-ChargerImpellerandaRingGearUsingProcessSimulation譯文標(biāo)題對(duì)渦輪增壓器葉輪和齒環(huán)的鍛造加工過(guò)程進(jìn)行模具優(yōu)化設(shè)計(jì)共13頁(yè)第1頁(yè)譯文標(biāo)題對(duì)渦輪增壓器葉輪和齒環(huán)的鍛造加工過(guò)程進(jìn)行模具優(yōu)化設(shè)計(jì)原文標(biāo)題OptimizationofDieDesignforForgingaTurbo-ChargerImpellerandaRingGearUsingProcessSimulation作者JayGunasekera譯名杰伊谷那山克勒國(guó)籍美國(guó)原文出處/references對(duì)渦輪增壓器葉輪和齒環(huán)的鍛造加工過(guò)程進(jìn)行模具優(yōu)化設(shè)計(jì)由美國(guó)俄亥俄大學(xué)機(jī)械工程系主席、高等教育博士杰伊谷那山克勒和該大學(xué)的兩個(gè)博士學(xué)生曼亞德歐莫黑博和法蘭德歐慕法迪共同完成。概要：本項(xiàng)目的目的是為美國(guó)的兩個(gè)不同的汽車(chē)鍛造產(chǎn)品公司進(jìn)行兩種復(fù)雜產(chǎn)品（渦輪葉輪和齒環(huán)）的初鍛及終鍛過(guò)程的模具優(yōu)化設(shè)計(jì)。渦輪葉輪必須保證最低有效塑性應(yīng)變不小于0.5，以增加韌性和抗斷裂能力用來(lái)支持非常高的離心應(yīng)力。這對(duì)于應(yīng)變分布以及晶粒尺寸盡可能均勻的分布在整個(gè)成品中也是很重要的，從而才能獲得具有最佳機(jī)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(yīng)變率（由使用齊納-霍洛曼參數(shù)）來(lái)進(jìn)行的。第二項(xiàng)目是優(yōu)化齒環(huán)模具設(shè)計(jì)，目的是減少鍛造次數(shù)和由于過(guò)多溢料造成的材料浪費(fèi)。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(guò)精密鍛造有限元仿真來(lái)判斷和顯示各種重要的參數(shù)，例如:有效塑性應(yīng)變，等效應(yīng)變率，有效應(yīng)力，材料流量，溫度，力與時(shí)間的關(guān)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(jī)械強(qiáng)度，減少?gòu)U料及材料鍛造階段，從而降低整體制造成本。1.簡(jiǎn)介這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是為兩個(gè)復(fù)雜汽車(chē)鍛造產(chǎn)品進(jìn)行初鍛及終鍛的模具優(yōu)化設(shè)計(jì)。第一部分是一個(gè)鋁制的渦輪增壓器葉輪（或渦輪）。渦輪有極高的轉(zhuǎn)速（可達(dá)10萬(wàn)轉(zhuǎn)），可以迅速?gòu)拈_(kāi)始加速到具有很高的離心應(yīng)力。新的毛坯模具都必須經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)，從而使這部分有效塑性應(yīng)變?cè)陟o態(tài)金屬區(qū)可達(dá)到到一個(gè)大于0.5的值。由于屈服強(qiáng)度會(huì)增加靜態(tài)金屬區(qū)低而有效的塑性應(yīng)變，所以也可以通過(guò)優(yōu)化初鍛毛坯模具得到增加，這也導(dǎo)致了在各地形成了近乎統(tǒng)一的有效塑性應(yīng)變產(chǎn)品。參考圖1，可見(jiàn)，一個(gè)AA2618合金材料的扁平毛坯在初鍛使用時(shí)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(yīng)變大于0.5的最終產(chǎn)品的模具輪廓。然而，這并不會(huì)導(dǎo)致整體均勻塑性應(yīng)變大于0.5。此產(chǎn)品相關(guān)的一個(gè)問(wèn)題是存在低塑性應(yīng)變區(qū)，即顯示在圖1和圖2中金屬藍(lán)色的區(qū)域，也被稱為靜態(tài)金屬區(qū)（DMZ）。共13頁(yè)第2頁(yè)圖1平模變形輪廓圖2最終平模變形輪廓我們的目標(biāo)是從AA2618到整個(gè)制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鍛造轉(zhuǎn)動(dòng)部分力學(xué)性能最佳。鍛造操作的主要優(yōu)勢(shì)是通過(guò)減少工件多相組織來(lái)獲得熱量。另一個(gè)目標(biāo)是優(yōu)化齊納霍洛曼參數(shù)，最優(yōu)Z由平均溫度和應(yīng)變率確定，從而得到一個(gè)材料晶粒尺寸指示。齊納霍洛曼率和參數(shù)的增大，同時(shí)使有效塑性變形平均應(yīng)變速率增大而鍛造時(shí)間減少。它也可通過(guò)降低鍛造溫度來(lái)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(qiáng)度，但是，增加其中一個(gè)初坯模的應(yīng)變幅度將能夠一直保持材料的強(qiáng)度。第二部分是一個(gè)齒環(huán)，這里的目的是減少鍛造階段的工序，同時(shí)減少材料浪費(fèi)。有限元仿真模擬在預(yù)測(cè)變形流動(dòng)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(yùn)用經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證完成的模具在設(shè)計(jì)關(guān)系或工程實(shí)踐中是否合理。通常情況下，為了達(dá)到最佳的性能需要進(jìn)行多次初鍛，直到從最初的簡(jiǎn)單形狀鍛造為具有形位公差和金屬成形工藝的復(fù)雜幾何外形為止。鍛造預(yù)成形設(shè)計(jì)是通過(guò)使用類(lèi)似模具設(shè)計(jì)的程序進(jìn)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(chǔ)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(shè)計(jì)的方法將對(duì)模鍛設(shè)計(jì)過(guò)程有著很大的作用。優(yōu)化整個(gè)鍛造過(guò)程中通過(guò)使用充分的和適當(dāng)?shù)念A(yù)鍛形式以獲得所需的鍛造屬性，如實(shí)現(xiàn)合適的模具填充，減少材料浪費(fèi)，減少模具磨損，取得良好的晶粒流動(dòng)性和滿足條件所需的負(fù)載。UBET（上限單元技術(shù)）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(lái)做正向模擬及驗(yàn)證設(shè)計(jì)。UBET已開(kāi)發(fā)并被許多研究人員使用，例如李等。使用UBET鍛造負(fù)荷分析：模具填充、鍛件的有效應(yīng)變和有無(wú)溢料間隙。該方案同時(shí)適用于軸對(duì)稱和非軸對(duì)稱閉塞模鍛造以及有肋腹式腔的平面應(yīng)變封閉模鍛，本研究從所取得的成果進(jìn)行了比較實(shí)驗(yàn)，并獲得了一個(gè)良好的結(jié)果。這個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的方法是由劉，等研究出的，它結(jié)合了有限元為基礎(chǔ)的模擬和UBET為基礎(chǔ)的逆向模擬。布拉姆利，已運(yùn)用TEUBA，這是一個(gè)UBET為基礎(chǔ)的用于鍛造成形反向模擬設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序，這種方法是以最終所需外形和模具反向流速為基礎(chǔ)的方式，在模具的材料最深切的終鍛腔形成一個(gè)自由邊界，在一定的工步內(nèi)材料反向流進(jìn)去，然后模具鋼坯分開(kāi)這就完成了鍛造的預(yù)成形。趙，等運(yùn)用有限元的模具逆向跟蹤方法對(duì)通用渦輪盤(pán)過(guò)程進(jìn)行鍛共13頁(yè)第3頁(yè)模設(shè)計(jì)。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(xiàng)目在這個(gè)文件里做了報(bào)告。在UBET理論中可以找到許多優(yōu)秀的文獻(xiàn)，所以不在這里重復(fù)。2渦輪分析有限元分析（FEA）技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)為改良模具、設(shè)備設(shè)計(jì)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(yīng)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(yù)測(cè)成形載荷，應(yīng)變，應(yīng)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(yù)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(dǎo)出的三維有限元分析技術(shù)，如FV的（有限體積）分析（模擬）通過(guò)SUPERFORGE可發(fā)現(xiàn)實(shí)際鍛造模具的旋轉(zhuǎn)部分在設(shè)計(jì)中的缺陷。2要著力優(yōu)化預(yù)成形設(shè)計(jì)。3確定最佳的預(yù)成形設(shè)計(jì)和基于最優(yōu)化結(jié)果完成的效果，并驗(yàn)證此方法的適用性。在閉塞模鍛過(guò)程中最重要的方面是預(yù)成形或（初鍛模）設(shè)計(jì)，以達(dá)到足夠的金屬分布。有了正確的預(yù)成形設(shè)計(jì)，無(wú)缺陷金屬流動(dòng)和完整的模具填充可以實(shí)現(xiàn)在終鍛造過(guò)程中金屬損耗和溢料減至最低。對(duì)涉及到金屬流動(dòng)的預(yù)成形結(jié)構(gòu)的了解是一個(gè)特別艱難的任務(wù)。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(guò)選擇找到一部分模擬的體積。SolidEdge的選項(xiàng)提供了布爾運(yùn)算，其中一個(gè)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(méi)有進(jìn)行布爾運(yùn)算。SimufactSUPERFORGE用來(lái)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(shí)，盡力跟蹤變形材料。然而，當(dāng)采用有限體積法使用有限體積固定參照系來(lái)劃分網(wǎng)格時(shí)，毛坯材料就可通過(guò)網(wǎng)格。材料的質(zhì)量和動(dòng)量從一個(gè)部件傳到另一個(gè)部件的過(guò)程中產(chǎn)生能量。有限體積法是通過(guò)體積元素在空間相交的點(diǎn)來(lái)進(jìn)行網(wǎng)格劃分的。下坯模的物質(zhì)能在整個(gè)網(wǎng)格分析時(shí)運(yùn)動(dòng)。因此，經(jīng)過(guò)固定體積元素的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)是由有限體積求解器做出的。模具就像運(yùn)用有限元?jiǎng)澐志W(wǎng)格法在模擬鍛造材料流程邊界時(shí)一樣工作。材料的應(yīng)力包括有限元分析時(shí)加在模具表面的壓