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发动机曲轴热锻数值模拟及工艺优化
| 论文题名： | 发动机曲轴热锻数值模拟及工艺优化 |
| 关键词： | 汽车发动机;曲轴热锻;数值模拟;工艺优化 |
| 摘要： | 曲轴是汽车发动机的重要组成部分，发动机工作时受力情况复杂多变。除了承受自身旋转引起的惯性力、离心力之外，还承受交替变化的负载。因此曲轴应具备良好的强度、硬度、抗冲击韧性、耐磨性、耐腐蚀性等性能来保证在其使用过程中正常工作。然而曲轴作为难成形复杂锻件，在热锻过程中通常会出现折叠、充不满、裂纹、等缺陷。本文以06d02曲轴为研究对象，利用有限元软件DEFORM-3D，模拟06d02曲轴成形过程。通过分析成形过程中温度场、应力场、应变场、速度场以及折叠角的分布情况来预测曲轴在成形过程中出现的折叠、充不满等问题。在实际生产中可以通过优化曲轴热锻成形工艺参数来预防、减少成形缺陷。 本文着重研究飞边桥部高度与锻件折叠角的关系，当飞边桥部高度选为10mm、8mm、6mm、4mm时，仅当飞边桥部高度为6mm时折叠角在飞边处，对锻件本体无影响。变形速度会影响锻件应力分布、变形均匀性，当上模下压速度选为100mm/s、200mm/s、300mm/s、400mm/s时，仅当上模下压速度选为100mm/s应力应变分布处于较低水平。本文又综合考虑飞边桥部高度、变形速率、加热温度对曲轴锻件成形的影响，并对之进行正交优化。飞边桥部高度选取4mm、5mm、6mm，上模下压速度选为80mm/s、100mm/s、120mm/s，坯料初始温度1170℃、1220℃、1270℃，以形成载荷为试验目标进行正交试验。得出当飞边桥部高度选为4mm，变形速度选为80mm/s，加热温度为1220℃时预锻、终锻载荷均处于较低水平，为最优选择。本文又对预锻模具阻力沟半径、阻力墙高度进行了基于响应面法的优化，结果表明阻力沟半径为10mm，阻力墙半径为0.5mm时填充效果较好，载荷相对较小。 最后利用优化后的工艺参数进行实际生产，对工艺方案的正确性和有效性进行了检验。优化前曲轴臂出现了织构现象，铁素体聚集；优化后曲轴臂铁素体沿晶界析出，组织分布均匀。大大节约该曲轴热模锻工艺的开发成本，减少热锻试模和修模次数，同时本课题的研究还能为同类曲轴的热模锻生产提供参考。 |
| 作者： | 于秋华 |
| 专业： | 材料科学 |
| 导师： | 刘淑梅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海工程技术大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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