转子温锻成形工艺方案和有限元模拟分析
摘 要： 以一种更具效率的方式加工转子毛坯,本文所提及的转子广泛应用于滑片式空
气压缩机。转子的外形结构比较简单,两端各一个直径较细的轴肩,中间部分直径较大,本文制定
了转子温锻成形的工艺方案,采用刚塑性有限元法对其成形过程进行模拟,同时在此基础上对工
艺方案进行优化,以期许一种高效、节约的毛坯形式能替代传统毛坯结构。
关键词： 转子; 有限元模拟; 温锻成形;
近年来,随着人们生活水平的不断提高以及工业技术水平的快速发展,各行各业对零部件的要求
越来越高,这也间接地促进了机械设备的发展达到了崭新的水平。也正是由于不断地有新的技术
以及新产品的出现才促进了工农业的发展,生产能力得到了更有效的保证。空气压缩机作为机械
设备中的一员,在这种快速发展潮流的涌动下也正悄悄地进行着一场革命,从活塞式压缩机到螺
杆式压缩机再到滑片式压缩机,空压机的内在品质发生了质的飞跃,。而这种行业发展的本质也
间接地说明了了机械设备在未来的发展方向:机械传动过程中德的运动部件将会逐步减少,而零
部件的加工、配合精密度的要求也将会逐步提高。滑片式空气压缩压机也被成为旋转叶片式压
缩机,其工作原理是通过转子转动时,转子滑槽中的叶片与气缸之间密封空间的变化实现气体压
缩,最终实现将电机带动转子转动的机械能转化成为气体流动的一种压缩机。滑片式空气压缩机
是容积式压缩机家族成员中的一员,与活塞式空压机相比,它没有活塞运动,也就没有吸气、排气
阀和曲轴连杆结构,同时由于其结构比较简单,能够同原电机直接连接,因此转速可较高。与活塞
式压缩机和螺杆式压缩机相比制造相对容易,操作维修保养方便,同时由于滑片式空压机是回转
式的容积压缩机,所以其在工作过程中比较平静,振动小,没有复杂的程序。滑片式空压机以体积
小、重量轻、噪音低、操作简单可靠性高的优势,被广泛的应用到新能源客车、电车领域。滑片
式空气压缩机的主机部分主要是由转子和定子组成,其结构与叶片泵的结构相仿,都是在转子上
切有纵向的滑槽以供滑片能够在滑槽中滑动;气缸作为定子,将转子偏心安装在气缸中,然后将气
缸两端以缸盖密封。当空气压缩机工作时,由电动机带动转子在气缸中转动,由于转子在高速旋
转时产生较大的离心力,使得滑片自滑槽中甩出直至与气缸紧密接触,从而在滑片、转子外壁与
气缸内壁间形成一个封闭的空间。其工作原理是在吸气过程中,空气经由过滤器被吸入压缩腔,
并与喷入主机内的润滑油混合。在压缩过程中,由于转子与气缸之间是偏心安装,所以随着转子
的转动,两个叶片之间的密闭空间的体积会随转子的转动而逐渐缩小,密闭空间中的气体压力就
会随着密闭空间的变小而升高,之后油气混合物通过排气口高压排出。
1 、 工艺方案制定
转子的传统工艺是首先经过铸造得到毛坯,由于铸件在铸造时会产生气孔、缩孔、疏松、夹层、
偏析等缺陷,所以就导致需要在机加工时将这些缺陷车除从而导致机加工生产效率的降低。还有
一种工艺是直接用圆钢车削,这种工艺的同样加工余量比较大,尤其是轴肩部分;这两种加工工艺
的余量大从而导致材料损耗大、加工周期长从而使得成本较高。而经过锻造成形的毛坯则不会
出现铸造所产生的这些缺陷,所以锻造成形的毛坯的加工余量要比铸造和圆钢的小,并且金属材
料在经过温锻锻造成形的方法加工后,金属材料会发生再结晶现象,使原来钢锭或者圆钢棒料出
厂时的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织,并且由于锻造压力的作
用使金属材料中原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合,使得金属材料的组织变得更加致
密,从而对金属材料的力学性能有一定的强化和提升作用。此外由于锻造过程中金属材料在模具
中产生流动现象并与模具内部形状(产品的外形)一致,其中的纤维组织保留完整,从而可以保证锻
件良好的力学性能,这些内部组织的优越性能都是铸件和圆钢所不具有的。由于转子是经过锻造
直接成形,并且两端轴肩都是在模具的型腔中,所以其两端轴肩与中间部分的同轴度可以得到较
好的保证,因此采取温锻方案。为了避免工件由棒料直接将两端轴肩挤压成形所产生的挤压力过
大,因此采取两道工序,棒料先挤压短的轴肩然后再挤压较长的轴肩,所以转子的工艺路线是:下
料、抛丸、涂层、加热、内反挤 I、内反挤 II、机加工。
2 、 有限元模拟分析
