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组合式凸轮轴热气胀锻连接工艺及连接强度研究
| 论文题名： | 组合式凸轮轴热气胀锻连接工艺及连接强度研究 |
| 关键词： | 组合式凸轮轴;热气胀锻;连接工艺;连接强度 |
| 摘要： | 近年来，轻量化已经成为汽车行业发展的必然趋势。凸轮轴作为发动机中的关键部件，直接影响着发动机的工作性能。传统的整体式凸轮轴已经不能在轻量化、耐磨性等方面满足现代发动机的要求。而组合式凸轮轴由于结构轻巧、材料优化匹配等优点，应用范围越来越广。目前，已经开发出多种组合式凸轮轴连接工艺，主要有：焊接、液力胀接、滚花连接等。本课题采用的热气胀锻成形是一种新型连接工艺，具有轴管尺寸精度要求低、成本低等优点，但在成形方式、成形质量及接触压力方面缺乏深入的研究。本文主要目的是得到各影响因素对凸轮轴成形质量和接触压力的影响规律及成形参数区间，为热气胀锻连接组合式凸轮轴的工业化生产提供指导意义。 本文首先对凸轮及镶块结构进行优化设计，并根据体积不变原理推导了与镶块斜面长度有关的理想最小补料量的计算公式。然后建立了轴管升温、降温、热气胀锻连接有限元仿真模型，进行了热气胀锻连接实验，通过模拟与实验相结合分析了凸轮端面斜度、镶块斜面长度、成形温度、内压、轴向补料量对成形质量的影响。接着建立了凸轮轴冷却降温模型并测量实验件的扭矩，分析了凸轮端面斜度、成形温度、轴向补料量、热循环对凸轮轴接触压力的影响，并确定成形参数区间。最后进行多凸轮组合式凸轮轴热气胀锻连接实验。 在热气胀锻连接过程中，轴管的变形区主要集中在凸轮端面与镶块斜面之间，应变最大处在轴管内壁折叠区。随着凸轮端面斜度的减小，镶块斜面长度、内压及轴向补料量的增大，贴合长度不断增大，轴管外壁对凸轮端面的填充情况越来越好；成形温度为850℃时贴合长度最大，填充情况最好。凸轮端面斜度对轴管内壁的折叠情况影响不大；随着镶块斜面长度、内压、轴向补料量的增大，轴管内壁逐渐出现折叠趋势并不断加深；成形温度为750℃时，轴管内壁的折叠最浅。 凸轮轴的平均接触压力随着凸轮端面斜度、成形温度、单侧轴向补料量的增大而不断增大。实验件的静扭强度随补料量、成形温度的增大也逐渐增大，其结果与模拟所得的规律吻合。单侧轴向补料量大于5.5mm时，静扭强度均远大于许用扭矩80N·m。在150℃的热循环温度下，随着保温时间的增大，静扭强度先迅速降低，然后逐渐趋于平缓。依据确定出的成形参数区间，试制出双位向及四位向多凸轮组合式凸轮轴，测试结果显示热气胀锻组合式凸轮轴的静扭强度完全满足使用要求。 |
| 作者： | 李航 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 初冠南 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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