發(fā)布時間：2017-10-27 22:23

  本文關鍵詞：發(fā)動機連桿熱鍛成形數值模擬及模具結構優(yōu)化

  更多相關文章： 連桿 熱鍛 正交試驗 有限元模擬 響應面法 非線性算法

【摘要】：連桿是轎車發(fā)動機的高性能零件之一,其作用是將活塞的往復直線運動轉換為曲軸的旋轉運動。連桿一般通過模鍛工藝生產,鍛件的力學性能和表面質量要求高、尺寸公差和重量公差窄。采用兩模腔鍛模生產發(fā)動機連桿不僅可以提高生產效率而且可以降低生產成本。但復雜的模腔布局容易使連桿鍛件出現折疊、塌角等鍛造缺陷。本文所述熱鍛連桿的材質為非調質鋼SVDH20S1。連桿棒料中頻感應加熱之后直接進入模鍛工序,且模鍛之前無需輥鍛制坯,模鍛之后鍛件無需熱處理。然而,采用兩模腔鍛模生產連桿時,最大的問題在于控制成形載荷和鍛件質量,同時鍛造中模具磨損也不容忽視。解決這些問題的途徑通常是借助數值模擬對連桿熱鍛工藝進行分析并對模具進行優(yōu)化。基于有限元模擬分析了連桿熱鍛三工序。首先,設計了雙模腔連桿鍛模并提出了模腔中心距、模腔旋轉角和中心飛邊倉深度三個設計參數。其次,建立了三因素二水平正交試驗方案并使用DEFORM 3D軟件執(zhí)行模擬,結果表明:預鍛1工序的成形載荷、折疊傾向和模具磨損深度在三個工序中均處于最高水平;模膛中心距和模膛旋轉角是影響成形載荷和鍛造缺陷的主因素;中心飛邊倉深度主要影響終鍛模具磨損。采用響應面法對連桿預鍛模具設計參數進行優(yōu)化。使用中心復合設計法設計了試驗方案,三因素為模膛中心距、模膛旋轉角和飛邊厚度,兩個響應為預鍛1最大成形載荷和最大模具磨損深度。執(zhí)行數值模擬并建立樣本集合,通過擬合得到響應面模型。方差分析顯示兩個預測模型的精度均達到93%以上。以預測模型為基礎,通過非線性算法進行若干次迭代,得到了兩個響應最小化時的因素優(yōu)化組合。根據優(yōu)化結果對連桿鍛模和坯料進行再設計和有限元模擬,結果表明:成形載荷和模具磨損深度顯著降低,鍛件無內部和外部缺陷,為連桿的模具設計和熱鍛生產提供了參考。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控程序。最后,給出了連桿模鍛生產線,并利用數控機床加工所得模具進行實際生產,獲得了質量合格的連桿鍛件。
【關鍵詞】：連桿 熱鍛 正交試驗 有限元模擬 響應面法 非線性算法
【學位授予單位】：上海工程技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 鍛造連桿的研究現狀14-16
• 1.3 鍛造成形數值模擬的研究進展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 鍛造模擬軟件簡介20-22
• 1.4 課題研究內容及目的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計25-36
• 2.1 引言25
• 2.2 非調質鋼熱鍛連桿25-28
• 2.2.1 熱鍛連桿材料的分類25
• 2.2.2 非調質鋼熱鍛連桿材料的發(fā)展25-26
• 2.2.3 非調質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比29-30
• 2.4 1KD連桿鍛件設計和模具設計30-35
• 2.4.1 1KD連桿鍛件的設計30-31
• 2.4.2 1KD連桿鍛模模膛的布局方式31-32
• 2.4.3 1KD連桿鍛模的初步設計32-34
• 2.4.4 坯料的初步設計34-35
• 2.5 本章小結35-36
• 第三章 基于DEFORM 3D的連桿熱鍛數值模擬36-60
• 3.1 引言36
• 3.2 鍛模設計參數36-39
• 3.2.1 模膛中心距和旋轉角36-39
• 3.2.2 模具中心飛邊倉深度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方案設計39-41
• 3.3.2 有限元模擬參數的設置41-42
• 3.3.3 有限元模型的建立42-43
• 3.4 模擬試驗結果及對比分析43-51
• 3.4.1 熱鍛成形載荷對比分析43-45
• 3.4.2 熱鍛成形缺陷對比分析45-48
• 3.4.3 鍛模磨損深度對比分析48-51
• 3.5 正交試驗結果分析51-59
• 3.5.1 極差分析和方差分析的原理51-52
• 3.5.2 成形載荷正交試驗結果分析52-56
• 3.5.3 折疊角正交試驗結果分析56-57
• 3.5.4 磨損深度正交試驗結果分析57-59
• 3.5.5 模具設計參數的最優(yōu)組合59
• 3.6 本章小結59-60
• 第四章 基于響應面法的連桿模具優(yōu)化設計60-84
• 4.1 引言60
• 4.2 基于響應面法的優(yōu)化設計60-65
• 4.2.1 實驗設計方法60-63
• 4.2.2 響應面法的數學模型63-65
• 4.3 優(yōu)化實驗方案的建立65-69
• 4.3.1 設計變量、優(yōu)化目標和約束條件66-67
• 4.3.2 響應面模型的建立67-69
• 4.4 響應面法模型的回歸分析和方差分析69-79
• 4.4.1 響應面模型的回歸分析69-71
• 4.4.2 響應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)化設計79
• 4.6 優(yōu)化后的數值模擬和結果分析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 成形過程分析82-83
• 4.7 本章小結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 鍛模的高級銑削84-87
• 5.2.1 模具高級銑概述84-85
• 5.2.2 鍛模設計及加工工藝分析85-87
• 5.3 連桿模具的數控編程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 實際數控加工的連桿鍛模90-91
• 5.4 本章小結91-92
• 第六章 連桿熱鍛生產驗證92-95
• 6.1 引言92
• 6.2 1KD連桿熱鍛生產線布置92-93
• 6.2.1 1KD連桿熱鍛生產設備配置92-93
• 6.2.2 非調質鋼坯料的加熱規(guī)范93
• 6.2.3 連桿鍛件冷卻方式93
• 6.3 1KD連桿實際生產驗證93-94
• 6.4 本章小結94-95
• 第七章 總結與展望95-97
• 7.1 總結95-96
• 7.2 展望96-97
• 參考文獻97-102
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及取得的相關科研成果102-104
• 致謝104-105

【參考文獻】

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本文編號：1105482