热处理对强力旋压连杆衬套残余应力影响的仿真及试验研究

发布时间：2020-10-19 12:53

　　 柴油机连杆衬套在工作过程中会受到连杆小头与活塞销的摩擦作用、气缸的爆发压力及连杆的往复惯性力,故对连杆衬套质量和性能有很高的要求。强力旋压是一种薄壁筒形件加工工艺,其加工出的连杆衬套具备良好的力学性能、疲劳强度和承载能力。旋压过程中工件发生的塑性变形和金属材料的流动等会导致残余应力的产生,由于残余应力有很多的危害所以要对其进行消除。目前机械加工常用热处理法来消除工件的残余应力,所以研究热处理对强力旋压连杆衬套残余应力的影响具有十分重要的意义。本文以某型号锡青铜(QSn7-0.2)连杆衬套筒形件为研究对象,研究退火温度和保温时间对其残余应力的影响。首先建立三轮错距旋压三维模型,然后将其导入到Simufact.forming有限元分析软件中,进行强力旋压过程的仿真。然后将旋压仿真后带有应力结果数据的模型导入到软件的热处理模块中,设计单因素方案进行多组热处理仿真,结果表明:热处理不改变残余应力的表现形式,轴向和切向残余应力依然分别表现为压应力和拉应力;轴向和切向残余应力值均随着退火温度和保温时间的增加而减小。设计试验验证仿真的可靠性。按照与旋压仿真中相同的参数进行筒形件的加工,然后按照热处理仿真中的方案将筒形件进行热处理,并设置一组不进行热处理的筒形件进行对照。利用X射线衍射仪对以上筒形件进行残余应力的测量,整理测量结果后与仿真结果对比发现:对于未热处理的筒形件,试验和仿真的轴向和切向残余应力表现形式相同,并且应力值分布规律也基本一致,只是试验测得的应力值比仿真得到的值要稍大一些。热处理后试验和仿真的轴向、切向残余应力的表现形式均不发生改变;应力值均随着退火温度和保温时间的增加而减小。并且当退火温度达到290℃时,应力值的减小幅度大幅降低;当保温时间达到2h时,应力值就几乎不发生改变了。由此可以认为仿真结果基本与实际情况相符,可以为实际生产提供一定的参考。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG306;TG166.2
【部分图文】：

中北大学学位论文10图 2.1 正旋与反旋示意图2.1.2 强力旋压成形工艺主要工艺参数（1）旋轮的工作角和退出角：如图 2.2 所示为旋轮的简化示意图。强力旋压工艺的旋轮有诸多参数，但是在实际生产中发现对旋压后成形工件质量影响较大的主要是旋轮的工作角α和退出角β。由于旋轮工作角的选取直接影响了旋轮对工件施加的旋压力的大小，所以它对于整个强力旋压成形过程和成形工件的质量都有着很大的影响。根据实际生产经验，本文中所选的旋轮工作角为 30°。而旋轮的退出角虽然几乎不影响最终成形工件的质量，但是旋轮退出角过小或过大都会影响终旋阶段金属的流动从而造成工件尾端的成形质量降低的情况。一般情况下，旋轮的工作角和退出角值应相近，故本文所选旋轮的退出角也为 30°。图 2.2 旋轮简化示意图（2）旋轮间的错距：如图 2.3 所示，本文中仿真和试验都采用三轮错距强力旋压的方式，即在整个旋压过程中，三个旋轮在圆周方向上以 120°间隔平均分布，并且分别在轴向和径向上错开一定的距离，三个旋轮各

图 2.1 正旋与反旋示意图主要工艺参数和退出角：如图 2.2 所示为旋轮的简化示意实际生产中发现对旋压后成形工件质量影于旋轮工作角的选取直接影响了旋轮对工旋压成形过程和成形工件的质量都有着很旋轮工作角为 30°。而旋轮的退出角虽然出角过小或过大都会影响终旋阶段金属的。一般情况下，旋轮的工作角和退出角值。

中北大学学位论文减薄。通常情况下，径向错距就是三个旋轮的中心线在径向到芯轴的中心的，而错开的距离则是由每个旋轮承担的减薄量决定的。假设整个旋压过为 t，则第一个旋轮承担的减薄量为1 t，第二和第三个旋轮承担减薄量3 t，且123 t t t t、23 t t。若旋轮半径为R ，旋压毛坯件的外径 个旋 轮中心线到芯轴中 心线距离分别为1R r t、 (1R r t ()123 t t t。本文中的仿真和试验均采用第一个选旋轮承担 50%减薄旋轮各承担 25%的减薄量的方案来进行。而旋轮在轴向上的错距则是为了完成多次减薄。但是旋轮在轴向上的错距不能太大，否则会使三个旋轮在区域减少，从而导致成形工件质量降低；此外旋轮轴向错距过大还会使旋不平衡，进而影响最终成形工件的圆柱度和直线度。实际生产中，旋轮在通常为 5.5mm，故本文的仿真和试验均选择这个错距值。
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本文编号：2847224