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原文传递电液锤生产线连杆毛坯锻造工艺研究及缺陷预防

论文题名：	电液锤生产线连杆毛坯锻造工艺研究及缺陷预防
关键词：	汽车连杆;毛坯锻造;电液锤生产线;数值模拟;质量缺陷;预防措施
摘要：	连杆是汽车发动机的重要组成部分，是发动机上承受冲击载荷和动态应力最强烈的零件，因此要保证优良的强度、刚度和疲劳性能。同时，由于发动机震动很大一部分来自连杆，所以对连杆提出了严格的尺寸，重量和表面质量的要求。随着社会的发展，自动化的生产方式被逐渐引入连杆生产领域，以应对迅速提高的人力成本，同时追求更高的生产效率。在这种背景下，楔横轧+电液锤自动生产线被研发出来，并成为目前最先进的连杆生产系统。在电液锤自动生产线锻造系统中生产连杆时，楔横轧制坯工序中坯料的弯曲缺陷是影响生产线自动运转的最大威胁。　　本文以连杆电液锤自动生产线为研究对象，对影响生产线正常运转的核心问题进行了分析。利用数值模拟方法对工厂的实际生产状况进行了仿真，取得了电液锤自动生产线生产连杆过程中的全部力能参数及三维场变量的信息。在此基础上，构建了连杆电液锤自动生产线锻造系统，对制坯过程中出现的弯曲、缩颈、堆料和中心疏松缺陷进行了研究，得到了解决这些缺陷的思路和方法，并对模具参数对这些缺陷的影响规律进行了研究。论文的主要研究工作有以下几点：　　①对连杆毛坯楔横轧过程中产生的弯曲缺陷进行了分析，根据轧制过程中坯料的受力状态和温度变化，分析了弯曲产生的各阶段的特点，分析发现影响弯曲的主要原因是轧制顺序和模具结构设计不合理，造成坯料受力不平衡，从而产生了弯曲。根据弯曲的产生原因，形成了解决弯曲的基本思路。　　②分析了连杆毛坯楔横轧过程中缩颈缺陷的产生机理，提出了断面收缩率分配系数的概念，并研究了断面收缩率分配系数对缩颈量的影响规律。研究表明解决多楔二次轧制条件下坯料缩颈问题的关键就是在模具设计时，保证两次轧制的变形量均匀，尽量使断面收缩率分配系数接近于1。　　③连杆毛坯楔横轧过程中产生堆料的主要原因是模具斜楔阻碍了材料在轴向上的流动。在此基础上，研究了堆料产生的条件，形成了解决堆料问题的基本思路。研究表明，影响堆料缺陷的主要工艺参数是斜楔上的摩擦系数和斜楔的成形角。模具设计时，在满足其它条件的前提下，为了防止产生堆料缺陷，应该尽量使摩擦系数接近1，而使成形角接近28°。　　④对连杆毛坯杆部和小头部位出现中心疏松的机理进行了分析，并根据产生中心疏松时坯料的应力-应变状态对中心疏松的类型进行了划分，将中心疏松划分为扩展型和约束型两种。扩展型中心疏松出现的原因在于，坯料中心部位和表面变形都比较剧烈，而且受到模具长时间的碾压，使它受到高频率的波动的应力作用，从而促进了中心疏松的产生。而约束型中心疏松出现的原因在于，斜楔阻碍了金属的正常流动，而使轧件表面变形比较剧烈，而心部基本没有变形，成为一个变形孤岛，在这种变形极度不均匀的“孤岛效应”影响下，在心部就产生了很大的交变的拉应力，当拉应力达到屈服极限时，就萌发了中心疏松。　　⑤建立了连杆电液锤自动生产线锻造系统，明确了系统中的能量和物质的流动，根据工艺过程将连杆在该生产线上的锻造过程分为输入层，处理层和输出层，其中处理层包括了楔横轧制坯和模锻成形两个子层。对影响系统稳定性的因素进行了总结，对各层中的因素对锻造过程的影响进行了分析，进一步明确了楔横轧制坯是影响生产线自动运转的关键因素。　　⑥提出了新的预测多楔两道次轧制中心疏松的思路，即不同应力-应变状态下产生的中心疏松，应该采用不同的方法进行研究和预测。在预测扩张型中心疏松时，在数值模拟模型中引入了多孔材料模型，通过相对密度的变化衡量中心该型中心疏松。在预测约束型中心疏松时，采用预先在坯料上挖孔，然后根据孔直径的变化来预测的方法。　　⑦将研究成果应用于连杆电液锤自动生产线锻造系统的楔横轧制坯中，提出了新的模具结构，采用空洞法和密度法对杆部和小头进行了分析发现，小头空洞没有扩张，空洞直径为4.7522mm，小于预设空洞直径0.5mm，杆部相对密度为0.631。　　基于取得的研究成果，对优化的结果进行了生产验证。生产结果表明楔横轧制坯过程中没有出现弯曲、缩颈和堆料等外部缺陷，在剖面上也没有发现中心疏松。模锻件质量良好，填充饱满，没有内部和外部缺陷。
作者：	贾智
专业：	材料科学与工程
导师：	周杰
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文