粉末压制Al-W合金热变形行为与涡旋动盘成形研究

摘要

近年来，汽车工业的发展非常迅速，已经成为了我国的支柱产业，为了达到汽车轻量化的目标，铝合金作为一种新的轻合金被广泛地应用到了汽车制造中。随着人们的生活水平的提高，对汽车的安全性和舒适度等又提出了新的要求。汽车空调是保证汽车舒适的重要零部件，而涡旋盘属于汽车空调制冷压缩机的核心零部件，对汽车空调的性能有着极其重要的影响，尤其是耐磨性，跟汽车的安全性能密切相关，故针对涡旋盘的材料和成形工艺的研究得到越来越多的重视。传统的涡旋盘成形采用的是普通铝合金，本文采用了一种新型的Al-W粉末材料，并针对该材料提出了新的粉末成形方法，以克服传统粉末冶金构件局部密度超差、产品结构形状有一定限制的缺点，并提高零件的耐磨性。
　　本文研究的原材料是机械合金化得到的Al-W粉末，随着通过粉末压制的方法得到Al-W合金热压坯，将其作为涡旋盘的零件毛坯，然后对热压坯料进行了热压缩试验，对Al-W合金的热变形力学行为进行了研究。通过回归分析的方法，分析了热变形过程中Al-W合金的流变应力σ、应变速率及变形温度T之间的相关性，并建立了Al-W合金的应变补偿型 Arrhenius本构方程，为数值模拟工作提供必要的材料模型和参数，得到的本构模型如下：此处公式省略。以材料动态模型为基础，绘制出Al-W合金的加工图，并对其加以分析，最后确定了Al-W合金最佳的安全加工区域为：温度560℃-570℃，应变速率为0.01s-1-0.001s-1，此时，其功率耗散因子达到最大值0.55，为Al-W合金的工艺制定提供了实验参数。
　　利用DEFORM-3D软件对Al-W合金涡旋动盘背压成形进行了数值模拟，分析了成形过程中材料的流动规律，并对模具圆角半径大小对成形力、等效应力分布规律的影响进行了分析，为涡旋动盘的工艺制定和模具设计提供了合理的依据，得到的结论为：随着圆角半径的增大，成形力有所减小。圆角半径越大，涡旋体部位的等效应力分布越均匀，变形越均匀，最终确定合适的圆角半径应为2.5。最后对涡旋动盘零件进行了实验试制，对有限元模拟结果的准确性进行验证。

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1. 绪 论

1.1 粉末材料成形的研究现状

1.2 粉末压制成形的应用研究现状

1.3 金属材料热变形行为研究

1.4 选题依据及意义

1.5 本文主要研究工作和内容

2. 实验材料与方法

2.1实验材料

2.2 冷压、热压制坯

2.3 热模拟压缩实验

2.4 本章小结

3. Al-W合金的热变形行为

3.1 Al-W合金的真应力-真应变曲线

3.2 Al?W粉末合金真应力-真应变本构方程

3.3 本章小结

4. Al-W合金的热加工图

4.1 热加工图在铝合金中的应用

4.2 热加工图建立的理论依据

4.3 Al-W合金热加工图的建立

4.4 热加工图分析

4.5 本章小结

5. Al-W合金涡旋动盘成形工艺研究

5.1 涡旋动盘流动控制成形数值模拟

5.2涡旋动盘挤压成形实验

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢