铝合金机轮轮毂锻造流线仿真与实验研究

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1、铝合金机轮轮毂锻造流线仿真与实验研究张玉勋，易幼平，李云(中南大学机电工程学院，长沙410083)摘要：针对机轮轮毂容易产生疲劳裂纹，以锻出流线分布合理的锻件、提高机轮轮毂抗疲劳能力为目的，采用Deform2D软件对铝合金机轮轮毂的锻造工艺进行了仿真分析，并通过机轮轮毂缩比件锻压工艺实验研究，对仿真结果进行了验证。研究结果表明：适当增大坯料与模具之间的摩擦，可减小流线与锻件表面夹角，避免流线露头；与常规热模锻工艺相比，等温模锻工艺以其较高的温度、较低的变形速率，可有效降低材料的变形抗力，增强材料在模腔中的

2、流动性，成形的机轮轮毂，流线分布合理，晶粒细小均匀，解决了热模锻过程中易产生裂纹，充填不满等问题。关键词：铝合金机轮轮毂；流线；摩擦；等温模锻中图分类号：TG306文献标识码：AResearchoncontrollingtheflowlinesoftheforgingofaluminumalloywheel-hubusingsimulationandexperimentZHANGYu-Xun,YIYou-Ping,LIYun(SchoolofMechanicalandElectricalEngineeri

3、ng,CentralSouthUniversity,Changsha410083)Abstract:Thealuminumalloywheel-hubiseasytoemergefatiguecracks.Inordertoimproveitsfatigueresistance,westudiedtheinfluenceofthedieforgingtechnologyonflowlinestofindouttherightforgingtechnologyinwhichwecanmakeawheel-h

4、ubwithreasonableflowlines,usingDeform2D.Wealsoresearchandcheckwhethertheresultofsimulationisrightthroughexperimentation.Theresultindicatedthatincreasingthefrictioncoefficientinmoderationcanreducetheanglebetweentheflowlinesandthesurfaceofforging,whichmeans

5、itcanavoidtheflowlinesoutcrop.Duetohighertemperatureandlowervelocityinisothermaldieforging,themetalstressresistanceisreducedsothatthemetalflowsmoreeasilyinthecavityofdiesandthewheel-hubhasreasonableflowlines,uniformfinegrain,withoutcracks，underfillandetcw

6、hichareeasilydiscoveredintheforgingformedbyhotdieforging.Keywords:aluminumalloywheel-hub;flowlines;friction;isothermaldieforging引言：锻造流线是指金属锻造成形过程中的杂质、化合物、偏析、晶界等沿主伸长方向形成的纤维组织，其力学性能呈各向异性。锻件纤维与锻件工作所受压力方向垂直，与拉力方向一致时，可充分利用材料的各向异性，提高锻件的强度和抗疲劳性能[1-2]。机轮轮毂是飞机起落架重

7、要的承力构件，长期在大摩擦、高强度和高负荷的条件下工作，机轮轮毂的轮缘根部、毂部转接及固定轮缘根部等处极易产生疲劳裂纹[3-5]。如何在生产中使机轮轮毂锻件获得良好的流线，提高锻件的抗疲劳性能，是锻压工艺研究面临的重要课题。长期以来，锻造成形工艺主要依靠实际经验和锻造试验的方法获得。不仅试验费用高，周期长、而且难以全面分析微观组织与工艺制度的相关规律。有限元法辅助锻压工艺设计是目前先进的工艺设计方法，通过与材料实验相结合，可分析和预测锻件微观组织演化规律，了解材料在模腔内的流动状况、锻件的温度、应变和流线

8、分布[6-8]，对工艺参数进行优化，避免缺陷的发生，这对提高产品质量、降低成本都有重要意义。Deform有限元仿真软件是热加工成形仿真研究的有效工具，国内外学者利用该软件在锻压成形仿真方面开展了大量研究工作。M.S.Joun等人研究了摩擦规则对金属成形的影响规律[9]；董万鹏等人研究了活塞裙的等温锻造过程，优化了锻造工艺[10]；张艳秋等人利用此软件研究了复杂盘类件在等温模锻时出现流线缺陷的原因，并提出了改善措施[11]；单德