论文题目: 船用大型组合式曲轴曲柄锻造工艺的数值模拟及实验研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 武玉波
导师: 聂绍珉
关键词: 大型曲轴,曲柄,弯锻法,数值模拟,有限元
文献来源: 燕山大学
发表年度: 2005
论文摘要: 曲轴是大型船用发动机的重要部件,大型船用组合式曲轴的曲柄是组成大型曲轴的关键零件。本文采用有限元数值模拟及实验研究方法,就大型曲柄的弯曲锻造工艺过程进行了研究,提出了“V 型弯曲”和“压平”两步成形的工艺方案。 本文以 6-S60MC-C 组合曲轴曲柄为研究对象,以大型非线性有限元软件 ANSYS/LS-DYNA 为分析平台,采用大变形弹塑性有限元理论,对曲柄弯曲及压平过程作了数值模拟分析。文中分析了弯曲成形中出现的主要缺陷,提出了毛坯形状和尺寸、模具参数对成形质量的影响规律,在此基础上给出了毛坯图和模具图。通过对压平工序的数值模拟分析,找出了砧宽对压平成形质量的影响,给出了合理的砧宽。本文分析了曲柄弯曲成形力的影响因素,给出了弯曲成形力-行程曲线及压平力-行程曲线,为实际生产提供了理论依据。 实验研究分别以铅和 45#钢为材料,以 1:10 的比例,进行了两次实验,实验结果与模拟计算结果吻合较好,表明本文给出的工艺方案具有工程应用价值。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 发动机曲轴锻造工艺概述
1.1.1 曲轴的自由锻工艺
1.1.2 曲轴的模锻工艺
1.1.3 曲轴全纤维锻造工艺
1.2 大型船用组合式曲轴曲柄的锻造工艺概述
1.2.1 大型船用曲轴的两种结构形式
1.2.2 大型船用曲轴曲柄锻造工艺评述
1.3 我国生产船用曲轴的现状及存在的问题
1.3.1 我国造船业对船用曲轴的需求
1.3.2 我国对大型船用曲轴进行生产实验的情况
1.3.3 我国生产船用曲轴曲柄存在的主要问题
1.4 本文的研究内容
第2章 有限元数值模拟的基本理论
2.1 锻造成形数值模拟的关键技术
2.2 大变形弹塑性有限元法基础理论
2.2.1 物体的构形及描述
2.2.2 弹塑性大变形本构方程
2.2.3 弹塑性大变形有限元列式
2.3 大型非线性分析软件ANSYS/LS-DYNA 简介
2.4 动态显式分析概述
2.4.1 显式时间积分
2.4.2 显式方法的条件稳定性
2.4.3 显式算法对隐式算法的优越性
2.5 接触和摩擦的处理
2.5.1 接触的处理
2.5.2 摩擦的处理
2.6 本章小结
第3章 大型船用曲轴曲柄弯曲锻造的数值模拟
3.1 大型船用曲轴曲柄的质量要求
3.1.1 锻件及粗加工零件图
3.1.2 锻件的质量要求
3.2 弯曲角的确定
3.3 曲柄毛坯弯曲成形的缺陷分析
3.3.1 分析模型
3.3.2 主要缺陷及评价指标
3.4 毛坯形状对成形质量的影响
3.4.1 上表面凹槽对成形质量的影响分析
3.4.2 R_1 对成形质量的影响分析
3.4.3 侧槽形状和尺寸对成形质量的影响分析
3.5 模具参数对成形质量的影响
3.5.1 凹模圆角R_2 对成形质量的影响
3.5.2 凹模斜度α对成形质量的影响
3.5.3 凹模开口宽度L_0 对成形质量的影响
3.6 其它参数对成形质量的影响
3.7 毛坯及模具的修改设计
3.8 压平工序的数值模拟分析
3.8.1 第一砧的变形模拟
3.8.2 第二砧变形模拟
3.9 本章小结
第4章 曲柄弯锻的成形力研究
4.1 成形力的影响因素分析
4.1.1 温度对成形力的影响
4.1.2 凹模开口宽度L_0 对成形力的影响
4.1.3 凹模斜角对成形力的影响
4.2 给定毛坯的力—行程曲线
4.2.1 垂直成形力的P-h 曲线
4.2.2 模具水平力的Q-h 曲线
4.2.3 压平力的W-s 曲线
4.3 本章小结
第5章 曲柄弯曲成形的实验研究
5.1 试验目的
5.2 实验方案设计
5.2.1 实验件及加热温度
5.2.2 实验用模具
5.2.3 实验项目
5.2.4 实验设备
5.3 实验结果及分析
5.3.1 实验成形过程
5.3.2 实验结果及与计算结果的比较
5.3.3 对实验结果的分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
作者简介
发布时间: 2005-07-22
参考文献
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