與傳統(tǒng)的鋼鐵等材料相比,硅鋁合金具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn),且原料成本較低,被廣泛應(yīng)用于發(fā)動機(jī)活塞的制造中。活塞工作時受到高溫、高壓氣體的沖擊,持續(xù)受到交變載荷的作用,對于力學(xué)性能和疲勞性能要求較高。目前,主要通過優(yōu)化原料配比和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提高活塞的疲勞壽命,而加工表面完整性對于活塞疲勞壽命的影響機(jī)理和規(guī)律研究較少。本文通過實(shí)驗(yàn)與有限元仿真相結(jié)合,探究切削參數(shù)對活塞硅鋁合金ZL109切削表面完整性和低周疲勞壽命的影響規(guī)律,進(jìn)而對切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選,提高其加工表面完整性從而實(shí)現(xiàn)抗疲勞加工。采用單因素切削實(shí)驗(yàn)并結(jié)合有限元數(shù)值仿真技術(shù)對硅鋁合金ZL109的切削加工機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究。在ABAQUS軟件中建立了車削加工和殘余應(yīng)力的仿真模型,成功模擬出了硅鋁合金ZL109車削過程中的切削力和切削溫度以及車削后的表面殘余應(yīng)力。通過車削實(shí)驗(yàn)對仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明仿真中的切削力略小于實(shí)際車削實(shí)驗(yàn)中的切削力,而有限元模型仿真出的切削溫度要高于實(shí)際的切削溫度,車削表層殘余應(yīng)力的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為接近。仿真中獲得的切削力和切削溫度以及殘余應(yīng)力隨切削參數(shù)的變化趨勢也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致,從而證實(shí)了所... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１?ＺＬ１０９顯微組織??為了改善硅鋁合金的性能，研究者們在其中添加了許多合金元素，如Ｃｕ、??Ｎｉ、Ｍｇ等，一方面這些這些合金元素在Ａ１基體中可以起到固溶強(qiáng)化的作用，另??

積穩(wěn)定性［８２］。Ｍｇ元素在??Ａ１基體中具有較高的固溶性，對于提高硅鋁合金的強(qiáng)度、耐腐蝕性以及耐熱性??都有著積極的作用［８３］。正是這些合金元素的存在有效改善了?ＺＬ１０９的性能，使??其制造成的活塞能夠經(jīng)受住惡劣工況的考驗(yàn)。??２．２?ＺＬ１０９的力學(xué)性能??２．２．１光滑試件常溫準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)??為了探究ＺＬ１０９鋁合金在常溫下的力學(xué)性能，根據(jù)國標(biāo)ＧＢ／Ｔ?２２８．１—２０１０??中的有關(guān)要求開展了?ＺＬ１０９鋁合金的光滑試件常溫準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中所??用的拉伸試樣如圖２－２中所示，試樣加工完成后沿試樣軸向進(jìn)行機(jī)械打磨拋光，??去除表面的加工缺陷。??＿ｒ＿＿Ｋ?＾」＿＿??－－?；；??Ｔ＂．?＾?，??Ｌ?５０???＾?ｍ?—??圖２－２常溫準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)試樣尺寸??實(shí)驗(yàn)方案及測試結(jié)果見表２－１，采用Ｚｗｉｃｋ－Ｚ２５０型拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)對試樣進(jìn)行??拉伸，拉伸過程中保持應(yīng)變率均為Ｏ．Ｏｌｓ—１，在相同條件下重復(fù)測試三組試樣并對??實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值，所有實(shí)驗(yàn)均在室溫條件下進(jìn)行。該型號實(shí)驗(yàn)機(jī)給出的數(shù)據(jù)是??載荷－位移關(guān)系，根據(jù)公式（２－１）將載荷－位移關(guān)系轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的名義應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)??系，試樣在拉伸過程中斷口附近的橫截面積在不斷減小，因此需要根據(jù)公式（２－??２）將名義應(yīng)力－應(yīng)變轉(zhuǎn)化為真實(shí)應(yīng)力－應(yīng)變。??表２－１常溫準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)方案及測試結(jié)果??應(yīng)變率?失效屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度彈性模量伸長率斷面收??（ｓ－１）?又條件（〇ｓ／ＭＰａ）?（ａｂ／ＭＰａ）?（Ｅ／ＧＰａ）?（５）?縮率（ｃｐ）??０．０１?室溫拉斷?３７２．２?４１８．３?６１．６?１５．８％?５２％￣

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??Ｇ＝?ＦＡ??＝＿?（２－１）??Ｗ／１，）?（２－２）??，真＝?／ｎ（ｌ?＋?ｓ?名）??經(jīng)過測試，在常溫下ＺＬ１０９鋁合金的屈服強(qiáng)度ａｓ約為３７２．２ＭＰａ，抗拉強(qiáng)度??ａｂ約為４１８．３ＭＰａ，彈性模量Ｅ約為６１．６ＧＰａ，伸長率５約為１５．８％，斷面收縮率??ｃｐ約為５２％。圖２－３是實(shí)驗(yàn)測得的硅鋁合金ＺＬ１０９的拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線，其中??紅色曲線代表名義應(yīng)力－應(yīng)變，藍(lán)色曲線代表試樣最終的真實(shí)應(yīng)力－應(yīng)變。從圖中??可以看出ＺＬ１０９拉伸時應(yīng)力－應(yīng)變共出現(xiàn)了四種狀態(tài)變化：ＡＢ段應(yīng)力隨應(yīng)變急??劇上升，且斜率保持不變，說明試樣只產(chǎn)生了彈性變形且該斜率值即為ＺＬ１０９的??彈性模量；ＢＣ段曲線變緩，表明ＺＬ１０９在這一階段開始發(fā)生塑性變形，但從曲??線中可以看到，ＺＬ１０９鋁合金拉伸時沒有出現(xiàn)明顯的屈服點(diǎn)；ＣＤ段應(yīng)力超過了??ＺＬ１０９的抗拉強(qiáng)度，試樣開始發(fā)生失效并伴隨有明顯的頸縮現(xiàn)象；Ｄ點(diǎn)以后試樣??徹底失效，并最終在頸縮處發(fā)生斷裂。??、ｃ??４００?一??＊?，！〇°?——真實(shí)應(yīng)力－應(yīng)變｜?＇??＝?——名義應(yīng)力－應(yīng)變?＼?＼??＾?Ｉ?Ｅ?＼??２００?Ｉ??１００??Ａ??〇???０．０３?０．０６?０．０９?０．?１２?０．１５?０．１８??應(yīng)變Ｓ??圖２－３?ＺＬ１０９常溫應(yīng)力？應(yīng)變曲線??２．２．２離溫拉伸實(shí)驗(yàn)??除了機(jī)械載荷活塞在工作時還要承受熱載荷的循環(huán)沖擊，因此活塞材料必須??１８??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]鋁合金活塞裙加工殘余應(yīng)力及切削參數(shù)優(yōu)化的研究[D]. 余娜.西安理工大學(xué) 2017
[2]鋁合金活塞銷孔加工工藝優(yōu)化研究[D]. 宮兆超.山東大學(xué) 2015
[3]鈦合金高速正交切削過程的數(shù)值模擬及熱力學(xué)研究[D]. 孔虎星.中北大學(xué) 2012
[4]高速銑削參數(shù)對加工表面質(zhì)量影響的初步研究[D]. 蔣克強(qiáng).華中科技大學(xué) 2009
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本文編號：3108017