铝合金活塞销孔加工工艺优化研究

发布时间：2017-08-14 07:05

  本文关键词：铝合金活塞销孔加工工艺优化研究

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【摘要】：活塞是发动机的“心脏”,其销孔部位是活塞失效的高发区域,活塞销孔的加工质量和可靠性关系着整个发动机的性能。本文对活塞工况及销孔表面应力集中系数进行仿真；建立销孔加工刀具材料优选方法；建立并验证硅铝合金切削仿真模型,由镗孔仿真得到不同刀具几何参数和切削参数下切削力、切削温度的变化规律；采用响应曲面法对销孔加工切削参数进行优化。对活塞在标定工况下状态进行有限元仿真,结果表明销孔内侧上边缘部位是最容易发生应力破坏的区域。之后,建立销孔表面应力集中系数有限元计算模型,修正了应力集中系数公式,结果表明当销孔加工表面粗糙度Ra从0.4μm降低到0.3μm时,应力集中程度降低13.8%。结合主观AHP法和客观熵权法,提出活塞销孔加工刀具材料优选方案,结果表明最适宜加工硅铝合金活塞销孔的材料是PCD刀具。建立了PCD切削硅铝合金三维仿真模型,并通过外圆车削实验验证模型的有效性。对外圆车削实验的切屑形态进行分析,同时得到表面粗糙度Ra和表面硬度随切削参数的变化规律。将仿真模型应用于镗孔,得到在不同刀具几何参数(前角、后角和刀尖圆弧半径)和切削参数(切削速度、切削深度和进给量)下,销孔加工中切削力和切削温度的变化规律,同时研究了销孔加工中残余应力的分布规律。研究了镗孔实验中的切屑形态和刀具磨损,以及表面粗糙度Ra随切削参数的变化规律。应用响应曲面法对镗孔加工工艺参数进行了优化,根据响应面可知,当切削速度在200m/min-250m/min时,切削深度和进给量对表面粗糙度Ra的影响较为显著,进给量超过0.13mm/r时,表面粗糙度Ra随进给量增加显著增加。采用改进后的切削参数加工表面粗糙度较低,说明优化效果良好。
【关键词】：销孔 切削力 切削温度 表面粗糙度 响应曲面法
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK406;TG506
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题研究背景、目的和意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 活塞切削加工现状13-15
• 1.2.2 活塞失效及销孔失效形式15-17
• 1.2.3 有限元技术应用现状17-18
• 1.2.4 切削参数优化现状18-19
• 1.3 课题的提出及主要研究内容19-22
• 第2章 活塞工况及销孔表面应力状态仿真22-38
• 2.1 机械负荷作用下有限元仿真22-26
• 2.1.1 活塞受力分析22-23
• 2.1.2 活塞计算工况的选择及有限元模型的建立23-24
• 2.1.3 机械负荷作用下有限元仿真24-26
• 2.2 热-机械负荷耦合作用下有限元仿真26-29
• 2.2.1 热负荷设置27-28
• 2.2.2 热-机械负荷耦合作用下有限元仿真28-29
• 2.3 销孔表面粗糙度对其应力集中的影响29-36
• 2.3.1 活塞销孔表面粗糙度的重要性29
• 2.3.2 表面粗糙度对应力集中的影响29-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第3章 活塞销孔加工刀具材料优选38-46
• 3.1 层次分析法38-39
• 3.2 熵权法39-41
• 3.3 活塞销孔加工刀具材料优选41-43
• 3.4 刀具材料优选结果生产验证43-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 活塞销孔加工过程实验研究与有限元分析46-68
• 4.1 三维有限元仿真与实验验证46-57
• 4.1.1 三维有限元仿真模型46-50
• 4.1.2 实验方案50-51
• 4.1.3 实验结果分析51-56
• 4.1.4 仿真结果验证56-57
• 4.2 刀具几何参数对切削力和切削温度的影响57-60
• 4.2.1 前角的影响57-59
• 4.2.2 后角的影响59-60
• 4.2.3 刀尖圆弧半径的影响60
• 4.3 切削参数对切削力和切削温度的影响60-62
• 4.3.1 切削速度的影响60-61
• 4.3.2 切削深度的影响61-62
• 4.3.3 进给量的影响62
• 4.4 活塞销孔加工过程残余应力62-66
• 4.4.1 销孔粗加工残余应力63-65
• 4.4.2 连续走刀残余应力65-66
• 4.5 本章小结66-68
• 第5章 活塞销孔加工工艺参数优化68-82
• 5.1 销孔加工实验68-70
• 5.1.1 实验条件68-69
• 5.1.2 实验结果分析69-70
• 5.2 切屑形态和刀具磨损70-74
• 5.2.1 切屑形态70-71
• 5.2.2 刀具磨损71-74
• 5.3 基于响应曲面法的销孔加工工艺参数优化74-79
• 5.4 工艺参数优化结果验证79-80
• 5.5 本章小结80-82
• 总结与展望82-84
• 参考文献84-90
• 攻读硕士期间发表的学术论文与参与的科研项目90-92
• 致谢92-93
• 学位论文评阅及答辩情况表93

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本文编号：671347