发动机缸体主轴承座裂解加工技术与装备研究

论文摘要

裂解(也称胀断)加工技术是近些年来随着汽车工业的发展而产生的一种突破传统加工理念的新型加工工艺,具有加工工序少、节省精加工设备、节材节能、产品质量高、生产成本低等优点。本文结合国家自然科学基金等课题,根据发动机缸体主轴承座的结构特点及材料特性,以捷达轿车发动机缸体主轴承座为例,对裂解加工技术展开了深入研究。其中发动机缸体主轴承座裂解槽激光加工设备的技术方案(专利号:ZL200710055511.3)已获得国家发明专利。1.在理论分析研究的基础上,应用MSC.MARC数值分析和实验研究的方法对材料为RuT380的发动机缸体主轴承座裂解加工过程进行了研究。得出了裂解载荷与J积分的关系曲线,确定了裂解加工所需的工作载荷。采用正交试验设计和数值分析的方法,研究了RuT380材料预制裂解槽几何参数对裂解载荷的影响规律。2.加载速度是影响裂解质量的重要因素,本文运用ABAQUS/Explicit模拟分析和实验研究方法,对材料为HT150的轴承座进行了研究,得出了加载速度对裂纹区应力、应变的影响规律,确定了加载速度的最佳取值范围。3.在理论分析和实验研究基础上,研究设计了裂解槽自动化激光加工机床、开发并正在装配国内第一台发动机缸体主轴承座自动化裂解加工设备。本文的研究对推动发动机缸体主轴承座裂解加工在国内的产业化,促进我国发动机行业技术更新具有现实意义。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 发动机缸体主轴承座传统加工工艺及缺陷
• 1.1.1 发动机缸体的结构型式
• 1.1.2 主轴承座传统加工工艺
• 1.1.3 传统加工工艺的缺陷
• 1.2 裂解加工技术概述
• 1.2.1 技术原理
• 1.2.2 材料的裂解性能及裂解槽加工
• 1.2.3 裂解工艺的技术先进性与经济性
• 1.3 发动机缸体裂解加工国内外研究与应用现状
• 1.3.1 国外研究与应用现状
• 1.3.2 国内研究与应用现状
• 1.3.3 发展趋势
• 1.4 选题意义及研究内容
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 论文研究内容和目的
• 第二章 裂解理论及裂解加工数值分析
• 2.1 断裂韧性参数及断裂判据
• 2.1.1 应力强度因子及其断裂判据
• 2.1.2 能量释放率及其断裂判据
• 2.1.3 COD 法及其断裂判据
• 2.1.4 J 积分法及其断裂判据
• c、G_c、δ_c和J_c断裂韧性参数间的关系'>2.1.5 K_c、G_c、δ_c和J_c断裂韧性参数间的关系
• 2.2 MSC.Marc 软件及模拟分析流程
• 2.3 RuT380 材料的实验研究
• 2.3.1 材料特性
• 2.3.2 应力、应变关系
• 2.4 缸体主轴承座裂解数值分析的前处理
• 2.4.1 缸体主轴承座的建模及简化处理
• 2.4.2 加载条件与约束处理
• 2.4.3 模型的网格划分与奇异性处理
• 2.4.4 接触的定义及断裂分析的定义
• 2.5 数值模拟结果分析与实验验证
• 2.5.1 模拟结果的分析
• 2.5.2 实验验证
• 2.6 本章小结
• 第三章 发动机缸体主轴承座裂解槽参数优化
• 3.1 裂解槽参数对裂解载荷影响的正交试验设计及显著性分析
• 3.1.1 正交试验设计
• 3.1.2 显著性分析
• 3.2 蠕墨铸铁 RuT380 裂解槽参数对裂解载荷影响规律
• 3.2.1 裂解槽深度的影响
• 3.2.2 裂解槽张角的影响
• 3.2.3 裂解槽曲率半径的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 加载速度对裂解性能的影响规律
• 4.1 ABAQUS 软件及模拟分析流程
• 4.2 动态分析模型的建立及参数设定
• 4.3 模拟分析的前处理
• 4.3.1 轴承座的建模及简化处理
• 4.3.2 边界条件及网格划分
• 4.4 应力、应变随加载速度的变化规律
• 4.4.1 解理裂解及断裂双判据
• 4.4.2 结果后处理及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 裂解槽激光加工技术和装备
• 5.1 激光加工机理
• 5.1.1 金属对激光能量的吸收
• 5.1.2 激光切割方式及影响因素
• 5.2 激光加工设备技术方案
• 5.2.1 激光加工机工作原理
• 5.2.2 加工机的结构方案及工艺流程
• 5.3 激光加工设备结构设计及主要技术参数
• 5.3.1 主机的结构设计
• 5.3.2 主要技术参数
• 5.4 液压系统及数控系统
• 5.4.1 液压系统
• 5.4.2 数控系统
• 5.5 本章小结
• 第六章 发动机缸体主轴承座裂解自动化装备研制
• 6.1 主机关键技术研究
• 6.1.1 裂解机构
• 6.1.2 楔形角的选择
• 6.1.3 拉刀机构
• 6.1.4 背压力的确定
• 6.2 主机系统
• 6.2.1 缸体定位机构
• 6.2.2 背压系统
• 6.2.3 裂解系统
• 6.2.4 螺栓定扭矩自动装配系统
• 6.2.5 主机构成
• 6.3 裂解系统动力学仿真分析
• 6.3.1 实体建模与虚拟装配
• 6.3.2 添加约束及施加载荷
• 6.3.3 动力学仿真及结果后处理
• 6.4 液压系统
• 6.4.1 液压系统设计计算
• 6.4.2 液压系统工作原理
• 6.5 PLC 程序控制系统
• 6.5.1 主机动作流程
• 6.5.2 PLC 系统构成
• 6.5.3 PLC 系统设计与选型
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻博期间发表的论文及研究工作
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT