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某曲轴制坯辊锻工艺设计及数值模拟优化
| 论文题名： | 某曲轴制坯辊锻工艺设计及数值模拟优化 |
| 关键词： | 制坯辊锻工艺;曲轴成形;数值模拟;优化设计 |
| 摘要： | 曲轴作为发动机中承受载荷和传动的关键部件之一，是发动机（缸盖、凸轮轴、连杆、曲轴、机体）五大件中很难保证加工精确的重要零件。曲轴的形状造型、工作原理非常复杂，很大程度上影响着发动机性能的开发和生产制造。曲轴的工作环境十分恶劣，在高速的往复循环运转中承受着交变应力、力矩及变形力的作用。如果曲轴机械性能不达标而遭到了破坏，将会带来巨大的损失。所以曲轴的抗拉强度、表面强度、耐磨性、热处理、动平衡等性能指标要求就提出了更高的要求。曲轴结构比较复杂，本文中采用新型的制坯辊锻工艺对曲轴成形过程进行研究，设计优化辊锻模具，并最终达到提高材料利用率的目的。 本文针对某曲轴的制坯辊锻工艺进行研究，根据该曲轴三维结构图计算出辊锻件的计算毛坯图，研究辊锻工艺和分析曲轴的结构特点进行设计并优化辊锻件的毛坯图，应用模锻成形数值模拟模型验证辊锻件毛坯图的可行性。依据优化得到的锻件尺寸进行辊锻件图的设计，结合锻件图进行尺寸坯料选择，确定曲轴的原始毛坯尺寸为φ125mm×540mm。在辊锻模具设计中，确定的辊锻道次为2道次；确定的制坯辊锻型槽系为：圆—椭圆—圆。辊锻模具设计完成后，对制坯辊锻工艺进行模拟优化分析。制坯辊锻工艺的模拟中，应用控制变量法，要达到满足条件的锻件长度和最小成形载荷力的两个条件下，最优的模拟参数是：坯料的初始温度t=1180℃、摩擦因子μ=0.8、辊锻机转速α=2rad/s。辊锻制坯道次匹配过程中，第一道次中坯料夹持端端部的最优坐标是（﹣110，0，0），第二道次中坯料夹持端端部的最优坐标是（﹣130，0，0），在这种情况下不会出现“小耳朵”缺陷。基于正交试验表优化模具结构参数，影响模具寿命的参数中，各因素从主到次的顺序是：入模圆角、过渡斜度、过渡圆角。要使模具的最大磨损量达到最小的最优尺寸组合是入模圆角为20mm，过渡圆角为25mm，过渡斜度为40°，这种情况下，模具的最大磨损量为0.739μm。 本文为了验证有制坯辊锻工艺的模锻成形和无制坯辊锻工艺的模锻成形的优劣，从原始坯料、成形载荷、飞边铺展、金属流线四个方面进行了对比分析，验证了有辊锻制坯工艺的终锻件较优于原始工艺中终锻件。生产试验验证，有了辊锻制坯工艺后，曲轴锻件填充效果比较好，飞边铺展比较均匀，大大提高了材料利用率，从原来的78.9％提高到现在的83.2%。 |
| 作者： | 黄亮 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 周杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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