行为的预测模材料使用有限元模拟热锻

文摘

行为预测的最合适的材料用于活塞式液压缸布置已经代表通过ANSYS有限元模拟。最近为了达到排放标准,目标控制的石油消费需要优化活塞头的设计。四种不同的材料符合美国钢铁协会的H13钢、铝(6061 - t6)、高铅锡青铜(C93700)和选择Argentann母质。这些材料在不同的压力,然后测试正确选择锻造模拟所需的特征。增加压力的影响,强调开发和温度梯度计算的四个材料。发现热温度梯度在分析铝锻造是最好的,即使是最高温度是少,温度分布是优于其他材料。

关键字

有限元法、行为预测、锻造、温度梯度

介绍

活塞式液压缸系统开发能力在设计、建模、起草并与质量优先考虑时间和成本分析。最近的排放规范迫使发动机制造商大幅减少颗粒物和其他发射。为了实现目标控制的石油消费需要优化活塞头的设计。标准快速产品开发周期和服务领域的产品改进。连续装卸产生的压力导致变形的形状和在生活中减少材料(1]。决定使用新材料进行锻造系统的应用程序需要仔细分析和适当的对失败的理解机制,导致物质生活可以低于所需。诱导应力是由于热膨胀系数、弹性模量和温度差异在锻造过程中。温差和最大温度可以最小化通过增加会导致减少的热导率温度梯度和压力对材料(2- - - - - -4]。

二冲程和四冲程发动机可在广泛的权力要求从6惠普1000惠普活塞式液压缸装配中发挥着重要作用提供整个系统和连续操作导致应力的发展也需要一个适当的分析材料,压力和温度梯度。,有多少比例的特定位置周围的温度变化,更多的变化温度更高的发展压力(5,6]。

有限元分析是现在常用的在决定一个特定材料的内应力(7]。计算机仿真过程缩短了设计过程,并提供调查所需的工具因素对整个模型。这种分析可以减少时间和成本,并提供有关设计失败的信息。的主要目标是:

(一)开发适当的模具设计和建立工艺参数,通过预测温度部件属性,加载条件和模具寿命可以控制。

(b)提高部分质量和复杂性,同时减少制造成本减少拒绝和改善材料产量(8- - - - - -10]。

需求侧救援锻造成形过程模拟的是由于:

•设计锻造序列在温暖和热锻,计算锻力。

•确定内部压力诱导,失败和死亡。

•预测和改进热锻的flash维度。

•改善流程变量和设计来减少死亡失败

•预测和消除故障、骨折和缺陷。

•分析流动的金属在锻造行动11,12]。

Deshpande et al。13)建议加上模具材料炼油技术、热膨胀、热导率也会影响模具寿命。模具材料包括陶瓷、碳化物可保留硬度高模具表面温度。Cancelos et al。14]也调查了热机械变形热锻工具的数值模拟,得出的结论与数值模拟的优势可以分析不同的配置和之前预测可能的缺陷tool-die使从而有助于减少成本(15]。使用有限元分析数值结果提出了包括残余应力、塑性应变和温度分布沿轴向和箍方向。结果还有效地呈现最大接触力需要评估的性能在锻造过程中死去。雷竞技网页版乌斯曼et al。16)进一步重点分析参数影响衬套孔变形DI柴油发动机和发现垫片厚度的变化,线性厚度和缸头螺栓的数量效应线性失真成功。

调查方法

测试单位面积上的压力和温度梯度的不同加载条件下使用计算机程序被称为“ANSYS”。分析进行汽缸的一部分活塞式液压缸安排。对于这个缸分为四个部分,一个季度部分进行分析(图1)。汽缸选择维度分别是直径120毫米,高260毫米。缸内的温度进行分析是1200°C,而周围的温度是室温(表1)。即四种不同的材料。,钢AISI H13的,Aluminum (6061-T6), High leaded tin bronze and Nickel silver (Argentann) are selected. Effect of variation of stresses and deformation with variation in pressure is also noticed. Composition of material selected i.e., AISI H13 Steel (C-0.4 wt%, Mn – 0.35 wt%, Si - 1.0 wt%, Cr – 5.1 wt%, Ni – 0.3 wt%, Mo – 1.5 wt%, V – 1.0 wt%, Cu – 0.25 wt%, P – 0.03 wt%) whereas the composition for Aluminum is of grade 6061-T6, High leaded tin bronze and Argentann respectively are (Al – 0.005 wt%, Antimony – 0.55 wt%, copper – 82 wt%, Fe – 0.15 wt%, lead – 11 wt%, Nickel – 1 wt%, P – 0.15 wt%, Si – 0.005 wt%, S – 0.08 wt%, Tin – 11 wt%, Zn – 0.8 wt%) and (Cu – 60 wt%, Ni – 20 wt%, Zn – 20 wt%).

表1。模具材料的性质。

由于属性选择预定义的构建模型在ANSYS软件20节点80。经过选择的内外表面网状模型所示图2。这种类型的模型90节点和20自由度。膜系数对内部和外部分别选定的表面是30 e-6和6.015的军医而意味着总体温度24°C和1200°C。通过选择模型的全部自由度下降部分是固定的,不能在锻造过程中在任何方向移动。总统肯定是汽缸的内壁上应用在运动的活塞在汽缸产生更高的压力和温度

结果

实验数据来自使用ANSYS软件的有限元分析。下图给出了获得分析使用压力和材料变化的结果。产生变形和最大应力的压力变化。图的压力和最大变形即表示一个线性趋势。,deformation increases linearly with the increase in pressure on the surface of the section. Various values at which deformation is noticed are 0.3 N/mm²,0.6 N /毫米²,0.9 N /毫米²和1.4 N /毫米²。在1.4 N /毫米²压力值,偏差代表一个最大挠度和应力区。压力最大的顶部死胡同,活塞压缩燃料混合物的体积收缩。最大剪应力对钢铁AISI H的13个在这一刹那是18.91而维畸变是0.024毫米。压力和最大等效应力之间的关系表示,随着压力的增加等效应力增加更快。最小应力值3.7对应的压力为0.3 N /毫米²而最大应力38.77对应的压力值为1.4 N /毫米²。

变形模承受不同的压力

分析已经完成确定的影响越来越大的压力在活塞气缸头的性能。图3显示0.3 N /毫米的效果²压力的相对挠度活塞气缸头。图3和图4明确表示,随着压力的增加的偏转量相应增加。红色显示该地区受到最大偏转而蓝色显示了地区最大安全地带。图5和图6表明,随着压力的增加,挠度相应增加。从仿真值已经明确,在1.4 N /毫米偏转²压力偏差在0.3 N / mm的三倍²压力。偏转量的增加迅速,轻微增加压力。

图7显示了越来越大的压力的影响在汽缸变形诱导和强调发达。从上面的分析和相应的数据得到明确,与压力的增加压力从0.3 N /毫米²1.4 N /毫米²气缸盖上的偏转相应地增加,达到超出了容许极限的极限发生永久变形可能导致减少电源的性能。正确选择的材料可能会导致红油脂合成的磨损表面诱导。

图8显示了越来越大的压力的影响在汽缸变形诱导和强调发达。从上面的分析和相应的数据得到明确,与压力的增加从0.3 N /毫米²1.4 N /毫米²气缸盖上的应力诱导相应增加。压力急剧上升的价值与升值的压力。增加的压力超出了容许极限导致严重失真,在缸的性能退化。

分析不同的温度的温度梯度

图9显示了符合美国钢铁协会的H13钢的温度梯度。温度梯度描述什么速度方向和温度变化最迅速的在一个特定的位置。温度的最大和最小值显然是图所示。1087°C的最大价值是在汽缸和的最小值852.37°C是极端相反的一端。该地区受到该地区最高温度是由红色而受到最低温度是由蓝色表示。同样的温度梯度铝所示图10。温度对铝的最大和最小值是1051°C和1018°C图11。这清楚地表明,铝比的温度分布符合美国钢铁协会的H13钢。

图12显示了高铅锡青铜的温度梯度。的最大和最小值温度为10610°C和976.45°C,清楚地表明,温度分布在高铅锡青铜比符合美国钢铁协会的H13钢和低于铝。导电材料的温度分布比较好比较的半导体或绝缘体材料,因此由于铝导电的温度分布是更快相比,符合美国钢铁协会的H13钢,高铅锡青铜和argentann。

结果帮助我们更好的分析操作模具在高温循环温度梯度通过最小化死导致热裂纹和开裂。因此与模铸铝转子的性能和高铅锡青铜更好argentann和钢相比,符合美国钢铁协会的H13。

图的温度梯度和使用的材料类型表示温度的变化更适合比Argentann铝和铜和钢铁AISI H13的。对应于最大和最小的减少铝温度梯度;因此更适合使用铝(6061 - t6)作为活塞式液压缸缸材料的安排(图13)。

结论

基于仿真分析进行汽缸的最大允许压力和最好的材料分已经结束后:

•的热温度梯度是最好的在分析铝锻造少是因为最高温度和温度分布是比其他材料。

•为给定的汽缸壁的温度和室外温度铝是最好的材料在四个选择材料。

•通过应力分布不同的变化弹性性质等材料的泊松比和杨氏模量。

•值压力和背叛的气缸壁的外边缘增加而增加的压力。

•在09年N /毫米²压力急剧增加,应力和变形的价值因此注意到越来越大的压力超出了容许极限导致失败。

•在这种类型的锻造我们选择元素作为一种固体材料,所以不显示的变形和变形的形状也少,这个元素是由于配置限制的系统分析。否则,分析了粘弹性材料。但锻造模拟粘弹性材料不能进行正常的计算机系统。

引用

1. Matula G, et al .烧结结构渐变工具材料。成果材料和制造工程杂志2009;32:23-28。
2. 哈特利P, et al .锻造过程的数值模拟。ApplMechEng第一版方法。2006;195:6676 - 6690。
3. Ou H, et al .模具形状补偿的热锻钛机翼部分。J板牙抛光工艺过程。2002;125:347 - 352。
4. Sliwa, et al . PVD涂层特性的有限元建模申请。成就的材料和制造工程》杂志上。2010;41:164 - 171。
5. Tomov BI, et al。数值模拟的热模锻过程使用有限元方法。J板牙抛光工艺过程。2004;352 - 358。
6. 波美的FD, et al。陶瓷模具的失效预测使用有限元模拟热锻过程。J板牙过程Technol.1998; 75:100 - 110。
7. 小秋,等。三维有限元模拟蜘蛛热锻过程使用一个新的再啮合方案。J板牙过程Technol.2000; 99:219 - 225。
8. Skov-hasan P, et al .疲劳在冷锻死:刀具寿命分析。J板牙过程Technol.1999; 95:40-48。
9. Altan T, et al。过程模拟的状态使用2 d和3 d有限元法。J板牙抛光工艺过程。1997;71:49 - 63。
10. 米勒P,锻模材料的发展:从研究到实现。国际锻造国会。2009年。
11. 吴WT, et al。有限元分析的三维冷和热成形过程中金属流动。安CIRP。1994;43:235 - 239。
12. Deshpande M, et al .模具材料和涂料热锻钢的机械压力机。2010年。
13. Cancelos RL等。分析形变场变形的热锻由数值模拟工具。国际会议材料加工和产品Engineering.2016; 119年。
14. Caron EJ, et al。实验传热系数测量在热成型模淬火硼钢在高温下。Int J热传质。2014;71:396 - 404。
15. 陈J,等。三维非线性有限元分析大直径管热径向锻造的过程。板牙Manuf流程2010;25:669 - 678。
16. 穆罕默德UA,等。分析参数影响衬套孔变形的柴油发动机。SAE技术论文,2015年。