发动机曲轴热锻数值模拟及工艺优化

发布时间：2019-09-25 20:48

【摘要】：曲轴是汽车发动机的重要组成部分,发动机工作时受力情况复杂多变。除了承受自身旋转引起的惯性力、离心力之外,还承受交替变化的负载。因此曲轴应具备良好的强度、硬度、抗冲击韧性、耐磨性、耐腐蚀性等性能来保证在其使用过程中正常工作。然而曲轴作为难成形复杂锻件,在热锻过程中通常会出现折叠、充不满、裂纹、等缺陷。本文以06d02曲轴为研究对象,利用有限元软件DEFORM-3D,模拟06d02曲轴成形过程。通过分析成形过程中温度场、应力场、应变场、速度场以及折叠角的分布情况来预测曲轴在成形过程中出现的折叠、充不满等问题。在实际生产中可以通过优化曲轴热锻成形工艺参数来预防、减少成形缺陷。本文着重研究飞边桥部高度与锻件折叠角的关系,当飞边桥部高度选为10mm、8mm、6mm、4mm时,仅当飞边桥部高度为6mm时折叠角在飞边处,对锻件本体无影响。变形速度会影响锻件应力分布、变形均匀性,当上模下压速度选为100mm/s、200mm/s、300mm/s、400mm/s时,仅当上模下压速度选为100mm/s应力应变分布处于较低水平。本文又综合考虑飞边桥部高度、变形速率、加热温度对曲轴锻件成形的影响,并对之进行正交优化。飞边桥部高度选取4mm、5mm、6mm,上模下压速度选为80mm/s、100mm/s、120mm/s,坯料初始温度1170℃、1220℃、1270℃,以形成载荷为试验目标进行正交试验。得出当飞边桥部高度选为4mm,变形速度选为80mm/s,加热温度为1220℃时预锻、终锻载荷均处于较低水平,为最优选择。本文又对预锻模具阻力沟半径、阻力墙高度进行了基于响应面法的优化,结果表明阻力沟半径为10mm,阻力墙半径为0.5mm时填充效果较好,载荷相对较小。最后利用优化后的工艺参数进行实际生产,对工艺方案的正确性和有效性进行了检验。优化前曲轴臂出现了织构现象,铁素体聚集;优化后曲轴臂铁素体沿晶界析出,组织分布均匀。大大节约该曲轴热模锻工艺的开发成本,减少热锻试模和修模次数,同时本课题的研究还能为同类曲轴的热模锻生产提供参考。
【图文】：

工艺流程图,曲轴,工艺流程图

图 1-1 曲轴工艺流程图Fig. 1-1 Process flow chart of crankshaft型材切断成所需长度的坯料，称为下料折法，下料设备有很多种，最常用的设热，制坯一般采用辊锻；预锻常常用于[17]对于复杂难锻件如：曲轴，通常会增终锻过程中更容易充满终锻模膛，并且环节，终锻一般就是对锻件形状的精整行后续的切边、热校正、热处理。与应用水平的提高，计算机数值模拟技术在中汽车、航空等领域，基于有限元的数值具。在锻造成形过程中，大部分变形过

成形缺陷,曲轴,平衡块

程技术大学硕士学位论文第一章绪论在曲轴模锻实际生产中，经常会出现平衡块顶部充不满，平衡块顶端充不满，影轴整体的平衡性能，曲轴在工作过程中会加快轴承、轴颈的磨损，，缩短发动机使命。因曲轴形状复杂、尺寸较大，所需要的成形载荷较大，若模具设计不合理，锻造容易出现闷车现象，易损害锻压设备（曲柄压力机）。在曲轴热锻过程中，主轴颈拐角处、连杆轴颈拐角处、法兰盘拐角处容易出现折折叠在后续加工、使用过程中易发展成裂纹源、裂纹扩展导致锻件开裂。本课题的研究的曲轴出现的问题有：平衡块顶端有些许未充满，曲轴臂部分出现痕，如图 1-2 所示。平衡块顶端充不满需要优化工艺参数来解决，曲轴臂压痕属然现象，可能是坯料表面氧化皮脱落掉入模腔，形成的压痕。1.3 曲轴实际生产中存在的问题
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG316;U466

【参考文献】