7A09铝合金叶轮等温成形工艺数值模拟和实验研究

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叶轮是某动力系统的重要组成部分,它的几何形状非常复杂,其叶片的力学性能、几何形状的精确性等直接影响到叶轮的整体性能。因此,对叶轮的力学性能和外观提出了很高的要求,制造难度很大。传统加工采用机械切削加工锻坯的方法,材料浪费严重,生产效率低,能源消耗高。如何采用高效、经济的办法生产是急需解决的问题。  等温成形技术以其相对于传统加工工艺独特的优点和近净成形的特点在这几十年内得到了迅速的发展。等温成形能满足制件外形复杂、降低设备吨位的要求,并且制得制件的力学性能要高于成形温度在固相线以上的其它制造工艺。  本文对叶轮的成形过程进行了综合研究。利用Pro/E软件建立了叶轮的三维几何模型,生成模具型腔。并通过有限元软件DEFORM-3D对叶轮的成形过程进行了数值模拟,指出了成形温度、凸模下移速度等参数对成形过程中金属流动速度场、等效应变、等效应力及成形载荷的影响情况。随着成形温度的提高、冲头下移速度的降低,等效应力和成形载荷都在下降,并且材料更易充填模具型腔,但是坯料心部的金属与叶片上的金属流动有比较大的差距,前者等效应力较小,而后者的等效应力较大。通过模拟在一定程度上掌握了7A09铝合金等温成形时金属流动规律,由此用来指导实验。  本文分别选用400℃、430℃、450℃的成形温度制得叶轮,研究了叶轮的外形尺寸、实验载荷、硬度及力学性能等随制备工艺参数的变化情况,指出了随着成形温度的提高金属充填模具型腔的效果就越好,硬度降低。但是由于实际实验中模具的变形,制得的叶轮均有飞边的存在,因而即使在较高的成形温度下,理论计算出的坯料体积也不能完全充满模具的型腔,因此在计算原始坯料时应预估飞边量以便能彻底成形出叶轮的外形。
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