汽车发电机爪极精锻工艺数值模拟及模具结构优化

摘要

汽车发电机爪极是汽车发电机中的核心部件,同时也是汽车工业中一种复杂精密模锻件,其成形难度大,精度要求高。近年来,由于汽车电器系统用电量的提高,对爪极的综合性能要求也越来越高。同时爪极在精密模锻中,模具容易开裂导致其非正常失效也是生产中的瓶颈问题,因此如何改进爪极的精锻工艺和提高模具的使用寿命就显得尤为重要。爪极锻造工艺复杂,其可行性、稳定性、成形质量(含充满与否、折叠、组织缺陷)、材料利用率以及如何降低载荷提高模具使用寿命等,都是在制订爪极成形工艺过程中必须重点考虑的。
　　 本文对国内外爪极成形工艺和精密塑性成形技术研究现状作了简要介绍。首先选择一种带磁轭的爪极作为典型锻件,运用UG三维造型软件设计模具结构,利用Deform-3D软件模拟爪极成形过程,系统分析了爪极精密模锻成形过程中的金属流动情况、模具型腔充填情况、模具载荷曲线以及模具所受的应力分布。发现成形工艺的不足,探明模具开裂失效的原因。爪尖难充满,最终载荷急剧增加,磁轭模膛圆角处产生应力集中,模具受很大冲击载荷和交变载荷,细微裂纹进一步扩展成宏观裂纹,导致模具开裂。根据模拟结果,提出模具的三种结构改进方案,方案一:加深预锻上模爪部模膛深度;方案二:预锻上模磁轭模膛由圆柱形改进为半球形;方案三:减小预锻上模磁轭深度、增添预锻下模磁轭模膛。通过模拟进行一一分析验证,模拟结果显示三种改进方案均能使金属顺利充满模膛,未产生锻造缺陷,并降低了成形载荷和模具的应力。最后,通过生产实践,对其中的一种改进方案进行了验证,模拟结果与生产实际吻合,总结了课题研究的成功经验。
　　 本课题将爪极精密模锻工艺、有限元理论、数值模拟仿真技术相结合,达到了缩短产品开发周期、改进爪极成形工艺、提高模具寿命等目的。研究成果可为实际生产提供理论指导,并为类似锻件的生产以及相关的模具设计提供了理论指导和实践依据。