طراحي و بهينه سازي فرايند فورج پره فن ژنراتور زيمنس آلياژ Al-2024

Design and optimization of Al-2024 Siemens generator fan blade forging process

فرايند فورج پره به دليل هندسه پيچيده و دقت ابعادي بالا، نحوه جريان ماده پيچيده و ضخامت هاي متغير و در بعضي موارد بسيار كم، فرايندي پيچيده است. امروزه شبيه سازي المان محدود به عنوان يك روش قدتمند، به طور گسترده در فرايندهاي شكل دهي فلزات استفاده مي‌شود. از مهمترين پارامترهاي ورودي شبيه سازي عددي، رفتار ماده و شرايط اصطكاكي مي باشند. آزمايش هاي عملي فشار استوانه و حلقه (رينگ) براي به دست آوردن اين پارامترها براي آلياژ آلومينيوم 2024 كه براي توليد پره فن ژنراتور 202 مگا ولت آمپر زيمنس استفاده مي-شود، اجرا گرديد. براي ارزيابي نتايج آزمايش ها و صحت شبيه سازي هايي كه انجام مي شود آزمايش هاي عملي اجرا شده است. به اين ترتيب با توجه به هزينه هاي بسيار بالاي ساخت نمونه اصلي پره، از آزمايش پرس جانبي استوانه استفاده شد. نتايج آزمايش عملي و شبيه سازي عددي تطابق بسيار خوبي با هم دارند. حفره قالب نهايي و سپس پيش فرم هاي مورد نياز براي دست يابي به پره فن ژنراتور زيمنس، طراحي شده است. اين مراحل شامل اكستروژن، خم، آپستينگ و مرحله نهايي براي به دست آوردن يك قطعه سالم و شرايط نيرويي مناسب مي-باشد. فرايند نهايي در دماهاي قالب و قطعه كار و نرخ كرنش هاي مختلف شبيه سازي شد و با بررسي نتايج، شرايط بهينه فورج ارايه شد.

Blade forging is an intricate process due to complicated geometry, high dimensional accuracy, complicated material flow, varying and sometimes very thin thicknesses. As a powerful tool, numerical simulation is used in different steps of designing process. Mechanical properties (stress-strain curves) of the material and friction factor of contact surface are of the most important inputs of the simulation. Thus, cylinder and ring compression experiments were conducted to obtain these inputs for Al-2024 used in forging of 202 MVA Siemens generator fan blade. Because of high costs of blade forging and suitability of cylinder side-pressing this experiments were used to evaluate the compression tests and simulations. Good accordance was observed between simulation and experiment. Final forging die cavity and then preforms needed to produce a sound part are modeled. Designed preforming steps include extrusion, bending and upsetting. Blade final forging step was simulated in different temperatures of die and workpiece and strain rates and the optimum condition was determined.