基于ABAQUS的强力旋压滑动轴承残余应力分析研究

发布时间：2020-06-16 02:20

【摘要】：滑动轴承是柴油机结构中一个相当重要的零部件,连接着活塞销和连杆小头,工作时承受着交替作用的气缸爆发力和连杆惯性力,同时又受到活塞往复运动产生的热负荷影响,处于高温高压极其恶劣的工作环境。滑动轴承的好坏直接影响着柴油机的质量和使用寿命,历来受到柴油机研发者和制造者的重视。目前,滑动轴承成形主要通过强力旋压的方式,但旋压过程中金属材料的塑性变形和材料流动的不均匀,在内部和外部都会产生残余应力。残余应力的存在会严重影响着滑动轴承的尺寸精度、形状误差、硬度等。工艺参数的选取对残余应力影响很大,因此研究残余应力的成形过程、分布规律及工艺参数对其影响规律,对滑动轴承的实际生产具有重要意义。本文以某型号柴油机中锡青铜(QSn7-0.2)材料的滑动轴承为研究对象,基于ABAQUS有限元仿真软件,研究滑动轴承在强力旋压过程中的成形过程,得出了残余应力在轴向和壁厚方向上的分布规律;并研究不同水平的工艺参数减薄率、进给比、首轮压下比对残余应力壁厚分布的影响规律。结果表明:轴向残余应力在轴向上稳旋阶段应力绝对值小于起旋和终旋阶段,而切向和径向残余应力则相反;轴向和切向残余应力在壁厚方向上外部为压应力,并逐渐由外向内过渡到拉应力,在壁厚1/2左右处发生变号,外部压应力绝对值大于内部拉应力,残余应力计算值在壁厚分布上大致满足自平衡条件;径向残余应力外表面和内表面均为正值,中间为负值;轴向和切向残余应力随着减薄率的增大而增大,随着进给比的增大先减小后增大,随着首轮压下比的增大而减小。为得出工艺参数对残余应力的影响顺序和得出最优组合,本文还设计了正交试验,通过X射线衍射法测量剥层后的残余应力。结果表明:首轮压下比对轴向和切向残余应力影响最大,减薄率次之,但工艺参数对轴向残余应力影响均大于切向残余应力;综合实际得出最优工艺参数(减薄率35%、进给比0.6mm/r、首轮压下比65%),并将最优组合与仿真结果进行对比,数值上略小于仿真值,但分布规律大体一致。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK423
【图文】：

残余应力,测试方法,设备,剥层

应力变化大的地方，磁场强度变化也大。各种测量残余应力方法的优势和不足如图1.1 所示：图 1.1 各种测量残余应力方法的优势和不足随着科学技术的不断进步，测量残余应力的测试方法与设备也在不断升级，但 X 射线衍射仪仍是目前最能得到人们认可和应用最为广泛的测量方法。近年来，X 射线衍射法的测量效率和精度在不断提高，在设备方面将传统的检测器更换为位敏检测器。在测量试件方面，由于入射射线光束可以照射到截面较小的工件上，因此 X 射线法可以测量较小截面的工件甚至多晶体单个晶粒的内残余应力。国内学者为了测量内部残余应力采用剥层和 X 射线法相结合的方法。陈德华、滕鲁湘等人[50]以不同程度渗碳淬火后的钢齿轮为研究对象，采用电化学方法对材料剥层后用 X 衍射仪对其内部不同厚度的残余应力进行测量，得出残余应力在其内部的分布规律，结合实际的淬火工艺有利于生成残余压应力的因素，确保对齿轮工作的疲劳性能方面的要求。由于剥层后残余应力会有部分释放，因此很多学者对剥层后的圆筒和圆柱试件的残余应力先后推导出一些校正公式，但是通过这些公式需要积分运算才能得出残余应力大小比较麻烦。因此李家宝、康增桥等人[51]对于剥层后用 X 射线测量内部残余应力情况，提出用分段的幂级数近似求解原

示意图,正旋,反旋,示意图

图 2.2 正旋和反旋示意图生产中均有其实际意义和应用范围，也均有优缺点旋压过程中毛坯件和芯模贴模度较好，内壁精度相；减薄率相对反旋可以取大些；可旋制筒形件和带点：旋压过程中，需要多长的工件，旋轮就必须走导致旋压设备庞大，成本较高。反旋的缺点就是正所旋工件长度可以不受芯模长度限制，可以旋制比较简单。一般情况下，正旋用于带底和带内端凸缘研究对象为筒形件，再加上所旋长度并不是很长，旋小，所需旋压力小，产生应力也会较小，可选减薄力旋压方式为正旋。毛坯旋压时是否预热可以分为冷旋和热旋。冷旋通压即可达到所需的精度和形状。但是对于延展性较

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