船用柴油机铸铁活塞加工变形控制与工艺优化

发布时间：2020-08-28 10:13

　　活塞是船用柴油机的“心脏”,它决定了柴油机的动力性、可靠性及经济性等,是柴油机最关键的部件之一。活塞通过高速往复运动传递柴油机的原动力,其加工精度的不达标通常会引起销孔开裂、侧部磨损以及外圆损伤等破坏性失效,影响柴油机的使用寿命。铸铁活塞是一种常用的船用柴油机活塞,由于其结构复杂、壁厚较薄且径向刚性较差等特点,而在生产过程中容易发生加工变形,难以保证加工质量。因此,研究船用柴油机铸铁活塞的加工工艺,优化加工过程参数,对减小其加工变形、保证加工效率具有十分重要的意义和作用。本文主要针对铸铁活塞关键工序的加工变形进行研究,利用有限元技术模拟了其实际的加工过程,探讨了装夹和切削两因素对其加工变形的影响。并在此基础上辅助以相关的实验进行验证,最后通过Matlab数学回归建模能力和智能算法的优化能力寻求了切削参数的最优组合。具体的研究内容有以下几点:(1)基于ABAQUS软件建立了活塞关键工序的装夹仿真模型,研究了不同装夹载荷对其变形的影响,并开展了相应的装夹实验对仿真结果进行了验证。同时针对粗车外圆工序装夹变形较大的问题制定了优化方案;(2)运用Deform-3D软件构建了活塞切削的仿真模型,研究了切削速度、进给量和切削深度对切削力、切削温度的影响规律,同时建立了切削力、切削温度的响应面预测模型。最后,通过响应曲面图直观地分析了切削参数对切削力、切削温度的单因素及双因素耦合影响规律;(3)在获得活塞切削载荷和切削温度的基础上,通过ABAQUS软件中的单元生死法模拟计算出活塞整体结构件的加工变形量,利用正交实验,研究了切削参数对活塞加工变形的影响规律。针对模拟结果,设计了残余应力测定实验,验证了有限元计算结果的可靠性;(4)利用神经网络算法建立了活塞各关键工序加工过程中切削参数与加工变形的预测模型,并将该模型作为目标函数,通过遗传算法的非线性规划寻优的优点推算出活塞关键工序的优化参数。经验证,优化的镗削参数在保证活塞加工变形的同时能有效的提高材料的去除率。
【学位单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U671.3
【部分图文】：

精镗孔,切削参数优化,活塞,工序

图 5.7 活塞半精镗孔工序切削参数优化结果ing parameters optimization results of piston semi-precision研得知其经验参数为：切削速度 v 为 1200mm/s深度 ap为 0.8mm。通过将对两组参数下的活塞裙进行对比，验证优化效果的显著性。表 5.5 显示，由表可知：优化后的活塞长轴的变形量减少了11.9%，但材料去除率仅增加了 2.64%。表 5.5 活塞半精镗孔工序选定的参数优化最优解ptimum solution of parameters for semi-precision boring pro削深度p(mm)进给量f(mm/r)切削速度v(mm/s)去屑率Q(mm3/s)长轴变y1(m0.80 0.60 1200 576 0.020.54 0.83 1319 591.18 0.02－－－ 15.2 -0.00－－－ 2.64 -12.

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