铝合金活塞加工仿真与切削参数优化研究
发布时间：2021-08-17 09:08
活塞在发动机中起着重要的作用,并且在工作阶段,需要带有一定程度的热-机械疲劳载荷,由于工作环境的恶劣变化,使得活塞的加工制造面临越来越多的需求。然而,活塞常用材料ZL109铝合金在加工过程中存在刀具磨损严重、易产生积屑瘤、加工后变形较大等弊端,制约活塞的加工精度和服役寿命。本文采用试验和仿真相结合的方法分别对活塞关键工序车外圆、镗销孔展开研究,以提高活塞加工后的表面质量为目标来优化上述两种工序的切削参数组合。最初,完成了各种拉伸速度、温度、及各种应力条件下ZL109铝合金的机械特性测试,同时配置了对应的该种材料的模型参数。结果表明:ZL109铝合金准静态条件下出现应变率强化效应,如果应变率逐渐增大,那么屈服极限将会相应的增大,抗拉极限表现为先减小后增大的现象;如果是高拉伸速度情况下,材料应力增长到某一定值后会发生屈服,但各应变率下的曲线整体数值相差不大;大于200℃后材料的屈服强度将在一定程度上减弱,但是塑性将会增强;材料的J-C本构模型参数—A 为 323.25 MPa,B 为 301.54 MPa,n 为 0.5,C 为 0.00965,m 为 0.624;该种材料的J-C损伤模型...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２发动机基础构造??
山东大学硕士学位论文??第１章绪论??ｒ?——???第２章第３章??ＺＬ１０９铝合金材料?？材料参数验证及多丨??参数获取?＼?工步车削仿真分析??！?＿ｌｉ－?＿?＼?Ｔ?｜??第４章?第５章??镗孔加工及参数优?＞?活塞关键工序插件??Ｔ?Ｉ?Ｉ??｜?￣￣Ｔ￣￣?＇??结论与展望??图１－３论文主体框架??第１章绪论：首先介绍了本课题的研究背景，说明本课题的研宄内容以及研究??意义，概括了国内外目前的研究状况，对本课题的研究起着非常重要的借鉴作用。??第２章ＺＬ１０９材料参数获取：通过不同温度、不同拉伸速率、不同应力状态??条件下的拉伸实验，对ＺＬ１０９铝合金的物理力学性能进行了相关的研宄，同时结??合实验数据由软件中的数据处理功能得出了材料参数，为后续切削仿真奠定了基??矗??第３章材料参数验证及多工步车削仿真分析：通过对２Ｄ正交切削模拟和车??削实际加工的输出数据进行比较，核实了?ＺＬ１０９铝合金的材料参数的精确性。同??时开展了更接近工况的多工步切削仿真，并进行了活塞车外圆工序的切削参数优??化。??第４章镗孔加工及参数优化：以活塞销孔加工为背景，开展了单因素的镗孔??实验研宄，得到了表面质量数据（粗糙度、表面形貌、残余应力等），优化了销孔??加工的切削用量。??第５章活塞关键工序插件开发：利用Ｐｙｔｈｏｎ语言实现了?ＡＢＡＱＵＳ二次插件??的开发，从而实现了二维车削加工仿真前处理环节的整体参数化。??８??
第２章ＺＬ１０９铝合金材料参数获取??２．２?ＺＬ１０９铝合金力学实验及结果分析??通过２．１节的介绍，了解了与两个表达式有关的几个变量，因此设计开展不同??条件下的实验，拟合出不同项所对应的待确定系数。所有力学拉伸试验均采用西南??铝业有限公司提供的ＺＬ１０９铝合金，具体的成分及含量可见表２－１。??表２－１?ＺＬ１０９铝合金的成分占比??成分?Ｓｉ?Ｃｕ?Ｍｇ?Ｚｎ?Ｍｎ?Ｓｎ?Ｐｂ?Ｔｉ?ＡＩ??含量（％）?１２．０?１．０?１．０５?０．２?０．２?０．０１?０．０５?０．２?余量??２．２．１光滑试件的准静态拉伸试验??２．２．１１光滑试件试样制备及实验方案??拉伸实验样件的制备需要按照相关的标准，否则，所存在的未知因素会给拉伸??实验造成无法预料的影响［６２＞６３１。按照ＧＢ／Ｔ?２２８－２００２规定［６４］，本次实验样件按图??２－１所示进行制备。??Ｕ?ｆ?，?Ｉ??图２－１准静态拉伸实验光滑试件?图２－２?ｚｗｉｃｋ－ｚ２５０高低温拉伸试验机??在室温的条件下展开低拉伸速度下的试验，以得出ＺＬ１０９铝合金在极低应变??率条件下的实际机械特性，该实验在ｚｗｉｃｋ－Ｚ２５０高低温拉伸试验机中完成（具体??可见图２－２），实验方案如表２－２所示。需要提醒，在拉伸设备上进行操作时，输入??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]7050铝合金切削参数对表面残余应力影响的仿真分析[J]. 谢黎明,董情焱,靳岚. 机械设计与制造工程. 2018(10)
[2]基于有限元的柴油机机体孔系镗削工艺参数优化[J]. 蒋涛,景旭文,黛米格. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2018(04)
[3]基于Python的ABAQUS二次开发在骨钻削仿真中的应用[J]. 陈春城,胡亚辉,郑清春,张善青. 现代制造工程. 2018(06)
[4]铝合金活塞销孔加工过程工艺优化[J]. 李安海,卢永红,刘涛,赵军. 制造技术与机床. 2018(02)
[5]冷却方式对车削45钢结果影响的有限元分析[J]. 文怀兴,马朝阳. 组合机床与自动化加工技术. 2017(07)
[6]高速干硬切削加工表面残余应力的预测[J]. 段春争,孔维森,张方圆. 组合机床与自动化加工技术. 2015(04)
[7]活塞加工残余应力的有限元计算及试验研究[J]. 张青,张卫正,张国华,王潇嵩,原彦鹏. 内燃机工程. 2014(05)
[8]柴油机活塞环槽的加工工艺研究[J]. 徐建兵,王光军,汪洋. 船电技术. 2013(10)
[9]2A12铝合金本构关系和失效模型[J]. 张伟,魏刚,肖新科. 兵工学报. 2013(03)
[10]内燃机活塞材料的发展现状与展望[J]. 宫玉晨. 内燃机与配件. 2012(05)
博士论文
[1]高强化船用柴油机活塞多物理场耦合分析研究与应用[D]. 李全.中国舰船研究院 2016
硕士论文
[1]Ti6Al4V钛合金多工步切削加工切屑形成机理研究[D]. 臧健.山东大学 2018
[2]薄壁件铣削仿真研究及其平台二次开发[D]. 孙厚野.吉林大学 2018
[3]柴油机活塞工艺参数优化及其加工仿真技术研究与应用[D]. 刘建波.东南大学 2018
[4]铝合金活塞裙加工残余应力及切削参数优化的研究[D]. 余娜.西安理工大学 2017
[5]Ti6A14V的高速切削加工的有限元分析及摩擦模型的研究[D]. 史方.昆明理工大学 2017
[6]基于Abaqus的铣削仿真前处理关键技术研究及二次开发[D]. 龚智鹏.南京航空航天大学 2017
[7]航空铝合金薄壁件铣削加工工艺优化及有限元仿真[D]. 李丹.天津工业大学 2017
[8]基于AdvantEdge的高硅铝合金切削性能研究[D]. 李茂彬.西华大学 2016
[9]基于Abaqus的钛合金高速切削仿真平台的开发[D]. 吴燕.沈阳理工大学 2016
[10]ZL109铝合金车削加工的数值仿真及实验研究[D]. 康红军.湖南科技大学 2015
本文编号：3347487
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２发动机基础构造??
山东大学硕士学位论文??第１章绪论??ｒ?——???第２章第３章??ＺＬ１０９铝合金材料?？材料参数验证及多丨??参数获取?＼?工步车削仿真分析??！?＿ｌｉ－?＿?＼?Ｔ?｜??第４章?第５章??镗孔加工及参数优?＞?活塞关键工序插件??Ｔ?Ｉ?Ｉ??｜?￣￣Ｔ￣￣?＇??结论与展望??图１－３论文主体框架??第１章绪论：首先介绍了本课题的研究背景，说明本课题的研宄内容以及研究??意义，概括了国内外目前的研究状况，对本课题的研究起着非常重要的借鉴作用。??第２章ＺＬ１０９材料参数获取：通过不同温度、不同拉伸速率、不同应力状态??条件下的拉伸实验，对ＺＬ１０９铝合金的物理力学性能进行了相关的研宄，同时结??合实验数据由软件中的数据处理功能得出了材料参数，为后续切削仿真奠定了基??矗??第３章材料参数验证及多工步车削仿真分析：通过对２Ｄ正交切削模拟和车??削实际加工的输出数据进行比较，核实了?ＺＬ１０９铝合金的材料参数的精确性。同??时开展了更接近工况的多工步切削仿真，并进行了活塞车外圆工序的切削参数优??化。??第４章镗孔加工及参数优化：以活塞销孔加工为背景，开展了单因素的镗孔??实验研宄，得到了表面质量数据（粗糙度、表面形貌、残余应力等），优化了销孔??加工的切削用量。??第５章活塞关键工序插件开发：利用Ｐｙｔｈｏｎ语言实现了?ＡＢＡＱＵＳ二次插件??的开发，从而实现了二维车削加工仿真前处理环节的整体参数化。??８??
第２章ＺＬ１０９铝合金材料参数获取??２．２?ＺＬ１０９铝合金力学实验及结果分析??通过２．１节的介绍，了解了与两个表达式有关的几个变量，因此设计开展不同??条件下的实验，拟合出不同项所对应的待确定系数。所有力学拉伸试验均采用西南??铝业有限公司提供的ＺＬ１０９铝合金，具体的成分及含量可见表２－１。??表２－１?ＺＬ１０９铝合金的成分占比??成分?Ｓｉ?Ｃｕ?Ｍｇ?Ｚｎ?Ｍｎ?Ｓｎ?Ｐｂ?Ｔｉ?ＡＩ??含量（％）?１２．０?１．０?１．０５?０．２?０．２?０．０１?０．０５?０．２?余量??２．２．１光滑试件的准静态拉伸试验??２．２．１１光滑试件试样制备及实验方案??拉伸实验样件的制备需要按照相关的标准，否则，所存在的未知因素会给拉伸??实验造成无法预料的影响［６２＞６３１。按照ＧＢ／Ｔ?２２８－２００２规定［６４］，本次实验样件按图??２－１所示进行制备。??Ｕ?ｆ?，?Ｉ??图２－１准静态拉伸实验光滑试件?图２－２?ｚｗｉｃｋ－ｚ２５０高低温拉伸试验机??在室温的条件下展开低拉伸速度下的试验，以得出ＺＬ１０９铝合金在极低应变??率条件下的实际机械特性，该实验在ｚｗｉｃｋ－Ｚ２５０高低温拉伸试验机中完成（具体??可见图２－２），实验方案如表２－２所示。需要提醒，在拉伸设备上进行操作时，输入??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]7050铝合金切削参数对表面残余应力影响的仿真分析[J]. 谢黎明,董情焱,靳岚. 机械设计与制造工程. 2018(10)
[2]基于有限元的柴油机机体孔系镗削工艺参数优化[J]. 蒋涛,景旭文,黛米格. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2018(04)
[3]基于Python的ABAQUS二次开发在骨钻削仿真中的应用[J]. 陈春城,胡亚辉,郑清春,张善青. 现代制造工程. 2018(06)
[4]铝合金活塞销孔加工过程工艺优化[J]. 李安海,卢永红,刘涛,赵军. 制造技术与机床. 2018(02)
[5]冷却方式对车削45钢结果影响的有限元分析[J]. 文怀兴,马朝阳. 组合机床与自动化加工技术. 2017(07)
[6]高速干硬切削加工表面残余应力的预测[J]. 段春争,孔维森,张方圆. 组合机床与自动化加工技术. 2015(04)
[7]活塞加工残余应力的有限元计算及试验研究[J]. 张青,张卫正,张国华,王潇嵩,原彦鹏. 内燃机工程. 2014(05)
[8]柴油机活塞环槽的加工工艺研究[J]. 徐建兵,王光军,汪洋. 船电技术. 2013(10)
[9]2A12铝合金本构关系和失效模型[J]. 张伟,魏刚,肖新科. 兵工学报. 2013(03)
[10]内燃机活塞材料的发展现状与展望[J]. 宫玉晨. 内燃机与配件. 2012(05)
博士论文
[1]高强化船用柴油机活塞多物理场耦合分析研究与应用[D]. 李全.中国舰船研究院 2016
硕士论文
[1]Ti6Al4V钛合金多工步切削加工切屑形成机理研究[D]. 臧健.山东大学 2018
[2]薄壁件铣削仿真研究及其平台二次开发[D]. 孙厚野.吉林大学 2018
[3]柴油机活塞工艺参数优化及其加工仿真技术研究与应用[D]. 刘建波.东南大学 2018
[4]铝合金活塞裙加工残余应力及切削参数优化的研究[D]. 余娜.西安理工大学 2017
[5]Ti6A14V的高速切削加工的有限元分析及摩擦模型的研究[D]. 史方.昆明理工大学 2017
[6]基于Abaqus的铣削仿真前处理关键技术研究及二次开发[D]. 龚智鹏.南京航空航天大学 2017
[7]航空铝合金薄壁件铣削加工工艺优化及有限元仿真[D]. 李丹.天津工业大学 2017
[8]基于AdvantEdge的高硅铝合金切削性能研究[D]. 李茂彬.西华大学 2016
[9]基于Abaqus的钛合金高速切削仿真平台的开发[D]. 吴燕.沈阳理工大学 2016
[10]ZL109铝合金车削加工的数值仿真及实验研究[D]. 康红军.湖南科技大学 2015
本文编号：3347487
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