發(fā)布時(shí)間：2017-10-27 22:23

  本文關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)連桿熱鍛成形數(shù)值模擬及模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 連桿 熱鍛 正交試驗(yàn) 有限元模擬 響應(yīng)面法 非線性算法

【摘要】：連桿是轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能零件之一,其作用是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿一般通過(guò)模鍛工藝生產(chǎn),鍛件的力學(xué)性能和表面質(zhì)量要求高、尺寸公差和重量公差窄。采用兩模腔鍛模生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿不僅可以提高生產(chǎn)效率而且可以降低生產(chǎn)成本。但復(fù)雜的模腔布局容易使連桿鍛件出現(xiàn)折疊、塌角等鍛造缺陷。本文所述熱鍛連桿的材質(zhì)為非調(diào)質(zhì)鋼SVDH20S1。連桿棒料中頻感應(yīng)加熱之后直接進(jìn)入模鍛工序,且模鍛之前無(wú)需輥鍛制坯,模鍛之后鍛件無(wú)需熱處理。然而,采用兩模腔鍛模生產(chǎn)連桿時(shí),最大的問(wèn)題在于控制成形載荷和鍛件質(zhì)量,同時(shí)鍛造中模具磨損也不容忽視。解決這些問(wèn)題的途徑通常是借助數(shù)值模擬對(duì)連桿熱鍛工藝進(jìn)行分析并對(duì)模具進(jìn)行優(yōu)化。基于有限元模擬分析了連桿熱鍛三工序。首先,設(shè)計(jì)了雙模腔連桿鍛模并提出了模腔中心距、模腔旋轉(zhuǎn)角和中心飛邊倉(cāng)深度三個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)。其次,建立了三因素二水平正交試驗(yàn)方案并使用DEFORM 3D軟件執(zhí)行模擬,結(jié)果表明:預(yù)鍛1工序的成形載荷、折疊傾向和模具磨損深度在三個(gè)工序中均處于最高水平;模膛中心距和模膛旋轉(zhuǎn)角是影響成形載荷和鍛造缺陷的主因素;中心飛邊倉(cāng)深度主要影響終鍛模具磨損。采用響應(yīng)面法對(duì)連桿預(yù)鍛模具設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。使用中心復(fù)合設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)了試驗(yàn)方案,三因素為模膛中心距、模膛旋轉(zhuǎn)角和飛邊厚度,兩個(gè)響應(yīng)為預(yù)鍛1最大成形載荷和最大模具磨損深度。執(zhí)行數(shù)值模擬并建立樣本集合,通過(guò)擬合得到響應(yīng)面模型。方差分析顯示兩個(gè)預(yù)測(cè)模型的精度均達(dá)到93%以上。以預(yù)測(cè)模型為基礎(chǔ),通過(guò)非線性算法進(jìn)行若干次迭代,得到了兩個(gè)響應(yīng)最小化時(shí)的因素優(yōu)化組合。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果對(duì)連桿鍛模和坯料進(jìn)行再設(shè)計(jì)和有限元模擬,結(jié)果表明:成形載荷和模具磨損深度顯著降低,鍛件無(wú)內(nèi)部和外部缺陷,為連桿的模具設(shè)計(jì)和熱鍛生產(chǎn)提供了參考。采用UG軟件分析了連桿鍛模加工工藝并編制了鍛模多軸銑加工的數(shù)控程序。最后,給出了連桿模鍛生產(chǎn)線,并利用數(shù)控機(jī)床加工所得模具進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn),獲得了質(zhì)量合格的連桿鍛件。
【關(guān)鍵詞】：連桿 熱鍛 正交試驗(yàn) 有限元模擬 響應(yīng)面法 非線性算法
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG316;U466
【目錄】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 課題背景13-14
• 1.2 鍛造連桿的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 鍛造成形數(shù)值模擬的研究進(jìn)展16-22
• 1.3.1 塑性成形理論的發(fā)展16-18
• 1.3.2 剛粘塑性有限元理論18-20
• 1.3.3 鍛造模擬軟件簡(jiǎn)介20-22
• 1.4 課題研究?jī)?nèi)容及目的22-23
• 1.5 課題研究的可行性23-25
• 第二章 連桿多模膛模鍛工藝及模具設(shè)計(jì)25-36
• 2.1 引言25
• 2.2 非調(diào)質(zhì)鋼熱鍛連桿25-28
• 2.2.1 熱鍛連桿材料的分類25
• 2.2.2 非調(diào)質(zhì)鋼熱鍛連桿材料的發(fā)展25-26
• 2.2.3 非調(diào)質(zhì)鋼連桿性能的影響因素26-28
• 2.3 熱鍛連桿的工藝流程的對(duì)比和選擇28-30
• 2.3.1 連桿熱鍛方式的分類28-29
• 2.3.2 連桿的熱鍛工藝流程對(duì)比29-30
• 2.4 1KD連桿鍛件設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)30-35
• 2.4.1 1KD連桿鍛件的設(shè)計(jì)30-31
• 2.4.2 1KD連桿鍛模模膛的布局方式31-32
• 2.4.3 1KD連桿鍛模的初步設(shè)計(jì)32-34
• 2.4.4 坯料的初步設(shè)計(jì)34-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第三章 基于DEFORM 3D的連桿熱鍛數(shù)值模擬36-60
• 3.1 引言36
• 3.2 鍛模設(shè)計(jì)參數(shù)36-39
• 3.2.1 模膛中心距和旋轉(zhuǎn)角36-39
• 3.2.2 模具中心飛邊倉(cāng)深度39
• 3.3 熱模鍛工藝有限元模擬39-43
• 3.3.1 熱鍛模擬的正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)39-41
• 3.3.2 有限元模擬參數(shù)的設(shè)置41-42
• 3.3.3 有限元模型的建立42-43
• 3.4 模擬試驗(yàn)結(jié)果及對(duì)比分析43-51
• 3.4.1 熱鍛成形載荷對(duì)比分析43-45
• 3.4.2 熱鍛成形缺陷對(duì)比分析45-48
• 3.4.3 鍛模磨損深度對(duì)比分析48-51
• 3.5 正交試驗(yàn)結(jié)果分析51-59
• 3.5.1 極差分析和方差分析的原理51-52
• 3.5.2 成形載荷正交試驗(yàn)結(jié)果分析52-56
• 3.5.3 折疊角正交試驗(yàn)結(jié)果分析56-57
• 3.5.4 磨損深度正交試驗(yàn)結(jié)果分析57-59
• 3.5.5 模具設(shè)計(jì)參數(shù)的最優(yōu)組合59
• 3.6 本章小結(jié)59-60
• 第四章 基于響應(yīng)面法的連桿模具優(yōu)化設(shè)計(jì)60-84
• 4.1 引言60
• 4.2 基于響應(yīng)面法的優(yōu)化設(shè)計(jì)60-65
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法60-63
• 4.2.2 響應(yīng)面法的數(shù)學(xué)模型63-65
• 4.3 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的建立65-69
• 4.3.1 設(shè)計(jì)變量、優(yōu)化目標(biāo)和約束條件66-67
• 4.3.2 響應(yīng)面模型的建立67-69
• 4.4 響應(yīng)面法模型的回歸分析和方差分析69-79
• 4.4.1 響應(yīng)面模型的回歸分析69-71
• 4.4.2 響應(yīng)面模型及其方差分析71-75
• 4.4.3 因素水平組合尋優(yōu)75-79
• 4.5 連桿坯料的優(yōu)化設(shè)計(jì)79
• 4.6 優(yōu)化后的數(shù)值模擬和結(jié)果分析79-83
• 4.6.1 成形載荷分析80
• 4.6.2 鍛造缺陷分析80-82
• 4.6.3 模具磨損分析82
• 4.6.4 成形過(guò)程分析82-83
• 4.7 本章小結(jié)83-84
• 第五章 基于UG的連桿熱鍛模具加工84-92
• 5.1 引言84
• 5.2 鍛模的高級(jí)銑削84-87
• 5.2.1 模具高級(jí)銑概述84-85
• 5.2.2 鍛模設(shè)計(jì)及加工工藝分析85-87
• 5.3 連桿模具的數(shù)控編程87-91
• 5.3.1 CAM編程的一般步驟87
• 5.3.2 鍛模的型腔銑加工87-88
• 5.3.3 模膛的五軸等高切削88
• 5.3.4 頂出孔的點(diǎn)位加工88-89
• 5.3.5 后處理器的建立和NC程序輸出89-90
• 5.3.6 實(shí)際數(shù)控加工的連桿鍛模90-91
• 5.4 本章小結(jié)91-92
• 第六章 連桿熱鍛生產(chǎn)驗(yàn)證92-95
• 6.1 引言92
• 6.2 1KD連桿熱鍛生產(chǎn)線布置92-93
• 6.2.1 1KD連桿熱鍛生產(chǎn)設(shè)備配置92-93
• 6.2.2 非調(diào)質(zhì)鋼坯料的加熱規(guī)范93
• 6.2.3 連桿鍛件冷卻方式93
• 6.3 1KD連桿實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證93-94
• 6.4 本章小結(jié)94-95
• 第七章 總結(jié)與展望95-97
• 7.1 總結(jié)95-96
• 7.2 展望96-97
• 參考文獻(xiàn)97-102
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果102-104
• 致謝104-105

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1105482