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[学位]

汽车铝合金轮毂铸锻旋复合轻量化高效成形工艺的研究

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Author:

张帅 (张帅.)

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Abstract:

摘  要汽车行业发展迅猛,对汽车轮毂的性能要求越来越高,高性能铝合金汽车轮毂的需求量逐年增加。虽然传统汽车轮毂的铸造工艺得到改进,但对铸造汽车轮毂件的内部组织和其综合力学性能的提高仍不理想。锻造工艺生产的铝合金汽车轮毂性能好,但其工艺十分复杂,制造成本高,只在少数豪华车辆中使用。连铸连锻技术可以在相对简单的工艺下成形出成本较低,性能接近锻件的汽车轮毂。但一般轮毂连铸连锻成形件的轮辋部位性能提高有限,故需要一种新工艺,实现在低制造成本下成形出整体性能高的铝合金汽车轮毂。本文提出一种轮毂铸锻旋复合轻量化成形工艺,该工艺利用连铸连锻技术成形出性能较好、精度较高的轮毂旋压毛坯,然后再对轮辋部位进行强力旋压,从而获得整体性能较高的铝合金轮毂。论文首先对原有铝合金轮毂进行有限元分析,采用结构拓扑优化软件HyperWorks,对原有铝合金汽车轮毂的轮辐部位和轮毂中心部位进行了结构轻量化研究,结果表明优化的轮毂模型性能在符合使用要求的条件下,其重量比原模型减轻10%。表明优化后提高了铝合金材料性能的有效利用率。然后根据铸锻一体化成形工艺要求和轮毂结构特点设计出了轮毂成形模具,该模具布置了较合理的溢流排气系统、侧模抽芯系统,其锻造系统引入了浮动模,使得冲头的锻造范围覆盖除轮辋外的整个轮毂部位。以金属成形理论为依据,结合有限元仿真技术,重点对铝合金轮毂连铸连锻的锻造工艺进行了研究,建立了轮毂的有限元分析模型,研究了模具温度对连铸连锻工艺的影响,分析了充型后工件温度场的变化,预测了铸造后缺陷可能存在的部位,获得了相对合理的始锻时间和锻造时间,以及锻造力随着模具温度的变化规律。同时对压射活塞压力对连铸连锻工艺的影响规律进行了研究,结果表明当活塞的压力在适当范围内增大,工件所受三向压压力增大,工件的性能得到相应提高。最后在无法进行锻造的轮辋部位进行强力旋压,使该部位金属性能得到进一步提高,从而获得整体性能较佳的铝合金轮毂。通过金相实验和有限元仿真相结合的方法,对轮毂连铸连锻实验成形出的轮毂样件进行了分析,结果发现轮毂连锻成形件锻造区域的晶粒均匀、致密,且无枝状晶的存在,表明锻造改善了该区域的铸造组织,使性能得到了提高,证实了工艺的可靠性。

Keyword:

连铸连锻 模具设计 汽车轮毂 拓扑优化

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学机械工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学硕士

Mentor: 张琦

Year: 2013

Language: Chinese

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 4

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