汽车发动机连杆毛坯铸锻复合成形工艺的数值模拟研究

发布时间：2020-07-12 17:17

【摘要】：连杆是汽车发动机中的核心零部件,在实际生产中不但对其品质要求很高,而且对其成本也有严格的控制。目前连杆毛坯大多数采用锻造或者粉末锻造工艺来生产,这两种工艺存在工序多、模具磨损严重、能耗大等不足,导致制造成本偏高。借鉴铸造易成形和锻造改性的优点,本文采用铸锻复合成形工艺进行连杆毛坯的生产,采用有限元软件对生产过程中的铸造和锻造工艺进行数值模拟分析,优化了锻造前连杆小头和杆体形状及铸锻相关工艺参数,通过模拟结果验证了铸锻复合工艺的优越性。此外,本文采用的是非调质钢,后续省去了调质处理,具有环保和节约能源的优点,并且提高了生产效率。本文的主要研究内容及结论如下:1.闭式热模锻预制坯小头形状对连杆毛坯热模锻成形过程有很大影响。本文设计了小头实心形状和小头空心形状的两种方案,通过DEFORM-3D软件模拟结果分析,采用小头实心形状预制坯方案,成形后应力应变分布不均匀,在小头内径处出现了微小连皮现象;采用小头带孔形状预制坯方案,成形载荷较小、应力应变分布均匀、表面光滑未出现金属堆积情况,因此确定采用小头带孔方案为连杆热模锻预制坯。2.闭式热模锻预制坯杆体形状对连杆毛坯热模锻成形过程有很大影响。本文设计了杆体实心和杆体带有凹槽形状的两种方案,通过有限元软件模拟分析得到:采用实心杆体形状的预制坯,整个连杆毛坯出现了严重的毛刺现象,应力应变分布不均匀,成形效果不好;采用带有凹槽杆体形状的预制坯,应力应变分布均匀,连杆表面无毛刺现象,成形质量较好,因此确定采用杆体带有凹槽方案为连杆热模锻预制坯。3.连杆大小头与杆体间的圆角大小以及模锻温度对连杆毛坯闭式热模锻有很大影响。本文利用DEFORM-3D仿真软件分别对不同圆角大小、不同模锻温度的连杆预制坯进行数值模拟分析,确定最佳最佳圆角分别为R28、R22,最佳模锻温度为1050℃,当满足上述工艺参数时,连杆毛坯成形质量最好。4.根据连杆毛坯铸件的结构特征和非调质钢49MnVS3的特点,确定采用普通砂型重力铸造工艺,选用水玻璃砂为造型材料,具有成本低廉、制备工艺简单、无污染等优点。设计了侧注式浇注方案和顶注式浇注方案,并计算出浇注系统各组元和冒口的尺寸,利用Anycasting模拟软件分别对两种浇注方案进行数值模拟,根据模拟结果分析得到,侧注式浇注的铸件充型与凝固效果更好,适合本文连杆毛坯的生产。5.模拟分析了浇注温度和浇注速度对连杆毛坯铸件成形质量的影响:在1540~1600℃范围内,浇注温度越高,连杆毛坯缩孔类缺陷就相对少,选取最佳浇注温度为1600℃;浇注速度决定着铸件上表面剩余空气分布情况,当浇注速度为0.7 m/s时,铸件上表面剩余空气量最小,成形质量最好。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U466
【图文】：

图 1.1 生产工艺流程图Fig. 1.1 Production flow chart术的发展，其仿真技术逐渐应用了目现场试验比较困难，可以通过计性成形过程当中，计算机辅助可以更快、更准确。计算机应用技术及动作用，其优势已近在工程应用中数值模拟技术对连杆毛坯成形实验连杆简介核心部件，连杆又是发动机里关键回往复的运动，为汽车提供动力。

图 1.2 某型汽车发动机连杆示意图Fig. 1.2 A type of car engine connecting rod diagram柄连杆机构中的主要传动部件，连杆需要一直在高温工作的运作会使连杆疲劳磨损断裂导致严重的事故。为了降要求对连杆的质量和性能要准确把控，减少次品率。外研究现状汽车工业大国对连杆成形工艺的研究远远早于我国，一些美国家。我国对连杆成形工艺的研究比较晚，一开始主要，这样虽然能满足生产形状不同的各种连杆，但是连杆内精度都达不到欧美国家的标准。进而影响了连杆的力学性工艺步骤长并大量浪费了原材料。随着计算机技术和一

图 1.3 连杆毛坯产品数模图Fig. 1.3 connecting rod blank product number chart产品零件的材料选取 49MnVS3 非调质钢，设计铸锻工艺方案 DEFORM-3D 和 Anycasting 两款专业性模拟软件求解计算，进行工艺参数的优化，达到改善产品的质量。本文以产品零件分析，制定各工艺步骤的成形情况，研究了热模锻预制坯成形杆体形状对热模锻过程的影响，模锻温度及锻件圆角等工艺参过程的影响；研究了铸造方案的选取、浇注系统的设计、浇注参数的影响。的主要研究内容包括如下几个方面：究连杆毛坯热模锻成形前预制坯小头形状对闭式热模锻过程的模锻成形前连杆小头实心和空心两种小头成形方案，利用 DEF

【参考文献】

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本文编号：2752268