柴油机关键铸铁件残余应力模型建立及去应力节能可靠处理的研究

发布时间：2017-10-12 00:11

  本文关键词：柴油机关键铸铁件残余应力模型建立及去应力节能可靠处理的研究

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【摘要】：铸件存在残余应力,会影响到铸件的机械性能。得到铸件的残余应力分布和消除铸件的残余应力非常重要。本研究拟采用X射线衍射法、盲孔法等测定机体、缸头等典型铸铁件的残余应力,包括热处理前后残余应力的变化情况。通过有限元方法数值模拟典型铸铁件的残余应力,并与实际测量结果进行比对分析。通过这些研究将为最小应力浇铸及热处理工艺优化提供科学依据。通过X射线衍射法和盲孔法测量了缸头、GEVO16型柴油机机体以及前端集成箱体的铸态和退火态的残余应力。通过分析测量结果可得,铸态GEV016型柴油机机体残余应力值较大,分布不均匀并且以拉应力为主；最大残余应力值在90MPa左右。退火热处理后的GEV016型柴油机机体的残余应力值明显减小,残余应力值大都在50MPa以内,分布也较均匀,残余应力以压应力为主。通过有限元模拟方法模拟了缸头和GEV016型柴油机机体的温度场、凝固分数和应力场,得到缸头的最大残余应力为56MPa左右,GEVO16型柴油机机体的最大残余应力为70MPa左右。根据弹塑性力学理论,建立残余应力引起加工形变的模型,通过模拟,估算出机体最大安全残余应力值为95MPa,该最大安全残余应力值可以为考虑柴油机典型铸铁件机加工变形问题提供重要参考依据。缩短退火热处理时间,将退火保温时间从13小时缩短到6小时。采用缩短退火时间的改进工艺,机体表面的残余应力在0-50MPa之间,残余应力的大小都在安全应力值的范围内,并且数值比较小,分布比较均匀。既可缩短退火时间,提高了工作效率,又可减少能源的消耗、污染物的排放。
【关键词】：柴油机 铸造 残余应力 有限元模拟 退火热处理
【学位授予单位】：上海应用技术学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK426;TG250
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 选题背景及意义8
• 1.2 铸造残余应力基本理论8-9
• 1.2.1 铸造应力的产生8
• 1.2.2 铸造残余应力8-9
• 1.2.3 残余应力分类9
• 1.2.4 残余应力的危害9
• 1.3 影响铸造应力的因素9-10
• 1.4 消除残余应力的方法10-11
• 1.4.1 人工时效10
• 1.4.2 自然时效10-11
• 1.4.3 共振时效11
• 1.5 残余应力测试方法11-13
• 1.5.1 盲孔法残余应力测量11-12
• 1.5.2 X射线衍射法残余应力测量12-13
• 1.6 数值模拟基本方法13
• 1.7 本课题主要研究内容13-15
• 第2章 典型铸铁件残余应力测量结果与分析15-33
• 2.1 测试对象与设备15-17
• 2.1.1 X射线衍射仪15
• 2.1.2 便携式X射线残余应力测定仪15-16
• 2.1.3 盲孔法应力检测仪16-17
• 2.2 实验测试方法17-19
• 2.2.1 X射线衍射法17
• 2.2.2 电解抛光17-18
• 2.2.3 盲孔法18-19
• 2.3 便携式X射线残余应力测定19-21
• 2.3.1 缸头测量结果19-20
• 2.3.2 16缸机体测量结果20-21
• 2.4 盲孔法测量关键铸铁件残余应力21-27
• 2.4.1 缸头测量结果21-23
• 2.4.2 16缸机体侧面测量结果23-25
• 2.4.3 16缸机体顶端测量结果25
• 2.4.4 前端集成箱体盲孔法测量结果25-27
• 2.5 X射线衍射法测定试块的残余应力27-28
• 2.6 12缸240机体缺陷补焊测量结果28-29
• 2.7 机体缺陷补焊振动时效前后残余应力测量结果29-30
• 2.8 自然时效后机体残余应力测量结果30-33
• 第3章 铸态缸头、机体残余应力模拟33-40
• 3.1 计算机模型的建立33-34
• 3.2 应力场模拟及结果34-40
• 3.2.1 缸头残余应力模拟结果34-37
• 3.2.2 机体残余应力模拟结果37-40
• 第4章 残余应力引发加工变形模型的建立与安全残余应力值的估算40-49
• 4.1 理论分析40-42
• 4.1.1 平衡方程的建立40-41
• 4.1.2 应变协调方程的求解41-42
• 4.2 残余应力引起加工变形模型建立及模拟估算42-46
• 4.3 模拟结果分析46-49
• 第5章 去除残余应力处理工艺优化与结果分析49-56
• 5.1 缩短退火热处理时间49-52
• 5.2 振动时效工艺优化52-54
• 5.3 GEVO16型机体最小残余应力浇注工艺优化54-56
• 第6章 结论56-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文62

【共引文献】

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本文编号：1015560