基于光棒毛坯的全纤维曲轴精密成形与实验研究

论文摘要

曲轴广泛运用在机车和船舶内燃机上,是内燃机的主要零件之一。随着我国国民经济的高速发展和国防现代化的需要,从数量、质量及性能上都对曲轴制造技术提出更高要求。然而,目前我国全纤维曲轴RR法弯曲镦锻生产中不但要采用台阶轴毛坯,而且成形技术落后,尤其造成曲轴锻件的材料利用率较低。这种情况不仅落后于国外同类制造水平,而且远不能满足国内对曲轴的要求。因此,开展全纤维曲轴锻造技术研究具有较为重要的实际意义。本文首先以12V240曲轴为对象,采用Deform-3D软件分析评价现用曲轴RR镦锻工艺存在曲轴拐颊上端外侧金属充不满,锻件加工余量大,材料利用率低等问题,同时采用“预镦粗—错锻—终锻”的三步法原理,并对其进行模拟分析。对拐颊变形过程中金属的流动规律进行了分析,分析其成形缺陷的原因。根据曲轴的水平镦粗和垂直错移为两个独立的变形模式,发现第一镦粗比和错锻角是控制拐颊成形主要工艺参数。利用预镦粗工步的增加,采用光棒毛坯,解决了台阶轴纤维被切断的问题,更好实现了纤维的完整性。在此基础上,优化了其毛坯及模腔形状,提出了基于光棒毛坯的全纤维曲轴精确成形工艺方案。与传统的曲轴RR镦锻相比,不仅成形易于控制,而且材料节约显著,以12V240曲轴为例,节约34%。论文研究进一步进行了缩比为1:3的模拟试验原理及方案设计,该试验方案采用铅为实验材料,并在Gleeble-1500D热力模拟试验机上对铅进行了常温的压缩试验,得到铅的塑性本构关系模型。并采用有限元方法对该模拟试验模型进行模拟分析研究,确定了第一镦粗比和错锻角等工艺参数。分析了锻压过程中拐颊的成形和模具的受力情况。利用5MN双向液压机,采用铅式样毛坯,做了12V240曲轴基于光棒毛坯的全纤维精确成形试验,验证了工艺分析和有限元模拟的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1、课题的提出
• 2、国内外曲轴发展状况
• 3、本课题的研究内容
• 4、本课题研究目的及意义
• 第一章 有限元模拟的理论依据及Deform软件介绍
• 1.1 金属塑性成形过程的分析方法的分类
• 1.2 刚粘塑性模型的建立
• 1.3 有限元分析软件Deform的简介
• 第二章 曲轴弯曲镦锻成形工艺研究
• 2.1 12V240 RR法镦锻工艺的改进
• 2.2 12V240曲轴镦锻数值模拟的工艺制定
• 2.3 模拟结果的分析
• 2.4 工艺参数的改进
• 第三章 全纤维曲轴精确成形新工艺及参数优化
• 3.1 曲轴精确成形工艺思路
• 3.2 12V240 曲轴精确成形新工艺的数值模拟
• 第四章 曲轴精确成形新工艺
• 4.1 实验方案设计
• 4.2 工业纯铅材料的热力学模拟试验
• 4.3 新工艺试验模型的数值模拟
• 4.4 单拐曲轴模拟试验
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢