船用柴油机凸轮轴感应淬火及磨削工艺有限元分析与研究

发布时间：2020-06-03 13:08

【摘要】：凸轮轴作为船用柴油机中的关键零部件之一,其工作条件恶劣,运动速度高,受力情况复杂,凸轮轴恶劣的工作环境需要其有一定强度、韧性及一定的耐磨性,其性能的好坏直接影响柴油机的质量和寿命。残余应力影响着裂纹的产生及扩展,因此局部残余应力过大很可能导致凸轮轴的报废。表面感应淬火和磨削工艺是船用柴油机凸轮轴制造中重要的加工工艺,直接影响凸轮表面残余应力分布状态。为此,采用有限元分析与实验相结合方法,以表面感应淬火及磨削工艺为研究对象,分析不同工艺参数对凸轮表面残余应力的影响规律,为提高凸轮轴加工完成表面质量奠定基础。(1)对凸轮电磁感应淬火过程中电磁场、温度场进行了理论分析,根据电磁学和传热学理论,建立了凸轮电磁感应加热中电磁—热耦合的数学模型。凸轮淬火冷却和磨削过程中的瞬态温度场均通过工件与冷却液的对流换热,采用Prandtl—Reuss理论对相对应的残余应力场进行分析,建立凸轮感应淬火和磨削过程的数学模型。(2)根据凸轮轴感应加热过程的特点,建立凸轮轴仿形感应加热的有限元模型,通过电—磁—热三场耦合的方法求解凸轮电磁感应加热过程的电磁场和温度场,获取加热过程凸轮温度场随时间变化规律,为凸轮淬火冷却过程的有限元分析提供必要的温度场准备。(3)以热弹塑性理论为基础建立凸轮轴感应淬火的有限元模型并施加淬冷过程边界条件,设计感应加热参数的正交实验表,考虑到奥氏体相变过程对其影响的情况下,施加感应加热所得到的温度场,研究凸轮轴淬火后组织场及残余应力场的分布规律并采用X射线衍射法进行实验验证。(4)根据凸轮轴磨削工艺特点建立凸轮轴磨削温度场的有限元模型,运用热—力耦合的方法,分析磨削加工后凸轮轮廓表面残余应力的分布规律。设计感应淬火和磨削工艺参数的正交实验,基于感应淬火应力对磨削完成后的残余应力进行研究,在满足淬硬层厚度及表面硬度基础上,基于低应力目标给出了当前可行的工艺参数,为解决凸轮轮廓表面裂纹或延迟裂纹问题提供参考。
【图文】：

凸轮轴

第 1 章绪论背景及意义景是船舶航行的核心设备，，主要由主机、传动油机作为主机的重要核心部分之一，已成所以船用柴油机质量是制约船舶良好发展舶主柴油机的关键零部件之一，如图 1.1 所工作条件恶劣，运动速度高，受力情况复及其耐磨性有一定的需求，其性能的好坏[2]。

凸轮轴,裂纹

对自身强度、韧性及其耐磨性有一定的需求，其性能的好坏直接影响着船用机的质量和寿命[2]。图 1.1 凸轮轴Fig 1.1 Camshaft凸轮轴工作时，凸轮轮廓面和滚轮之间具有很高的周期性接触应力和较快对滑动速度，导致在机械运动过程中产生高温，可能给会导致擦伤、点蚀、、边缘龟裂及剥落等形式失效。因此，较高的表面质量是凸轮轴在特殊工作下正常工作的良好保证。本课题是针对某厂凸轮轴的加工完成后，经磁粉探现凸轮轮廓面产生的裂纹或延迟裂纹问题，如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U664.121;TG156.3;TG580.6

【参考文献】