本文關(guān)鍵詞：鋁合金活塞銷孔加工工藝優(yōu)化研究

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【摘要】：活塞是發(fā)動機的“心臟”,其銷孔部位是活塞失效的高發(fā)區(qū)域,活塞銷孔的加工質(zhì)量和可靠性關(guān)系著整個發(fā)動機的性能。本文對活塞工況及銷孔表面應(yīng)力集中系數(shù)進(jìn)行仿真；建立銷孔加工刀具材料優(yōu)選方法；建立并驗證硅鋁合金切削仿真模型,由鏜孔仿真得到不同刀具幾何參數(shù)和切削參數(shù)下切削力、切削溫度的變化規(guī)律；采用響應(yīng)曲面法對銷孔加工切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。對活塞在標(biāo)定工況下狀態(tài)進(jìn)行有限元仿真,結(jié)果表明銷孔內(nèi)側(cè)上邊緣部位是最容易發(fā)生應(yīng)力破壞的區(qū)域。之后,建立銷孔表面應(yīng)力集中系數(shù)有限元計算模型,修正了應(yīng)力集中系數(shù)公式,結(jié)果表明當(dāng)銷孔加工表面粗糙度Ra從0.4μm降低到0.3μm時,應(yīng)力集中程度降低13.8%。結(jié)合主觀AHP法和客觀熵權(quán)法,提出活塞銷孔加工刀具材料優(yōu)選方案,結(jié)果表明最適宜加工硅鋁合金活塞銷孔的材料是PCD刀具。建立了PCD切削硅鋁合金三維仿真模型,并通過外圓車削實驗驗證模型的有效性。對外圓車削實驗的切屑形態(tài)進(jìn)行分析,同時得到表面粗糙度Ra和表面硬度隨切削參數(shù)的變化規(guī)律。將仿真模型應(yīng)用于鏜孔,得到在不同刀具幾何參數(shù)(前角、后角和刀尖圓弧半徑)和切削參數(shù)(切削速度、切削深度和進(jìn)給量)下,銷孔加工中切削力和切削溫度的變化規(guī)律,同時研究了銷孔加工中殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。研究了鏜孔實驗中的切屑形態(tài)和刀具磨損,以及表面粗糙度Ra隨切削參數(shù)的變化規(guī)律。應(yīng)用響應(yīng)曲面法對鏜孔加工工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,根據(jù)響應(yīng)面可知,當(dāng)切削速度在200m/min-250m/min時,切削深度和進(jìn)給量對表面粗糙度Ra的影響較為顯著,進(jìn)給量超過0.13mm/r時,表面粗糙度Ra隨進(jìn)給量增加顯著增加。采用改進(jìn)后的切削參數(shù)加工表面粗糙度較低,說明優(yōu)化效果良好。
【關(guān)鍵詞】：銷孔 切削力 切削溫度 表面粗糙度 響應(yīng)曲面法
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK406;TG506
【目錄】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 課題研究背景、目的和意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-19
• 1.2.1 活塞切削加工現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 活塞失效及銷孔失效形式15-17
• 1.2.3 有限元技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀17-18
• 1.2.4 切削參數(shù)優(yōu)化現(xiàn)狀18-19
• 1.3 課題的提出及主要研究內(nèi)容19-22
• 第2章 活塞工況及銷孔表面應(yīng)力狀態(tài)仿真22-38
• 2.1 機械負(fù)荷作用下有限元仿真22-26
• 2.1.1 活塞受力分析22-23
• 2.1.2 活塞計算工況的選擇及有限元模型的建立23-24
• 2.1.3 機械負(fù)荷作用下有限元仿真24-26
• 2.2 熱-機械負(fù)荷耦合作用下有限元仿真26-29
• 2.2.1 熱負(fù)荷設(shè)置27-28
• 2.2.2 熱-機械負(fù)荷耦合作用下有限元仿真28-29
• 2.3 銷孔表面粗糙度對其應(yīng)力集中的影響29-36
• 2.3.1 活塞銷孔表面粗糙度的重要性29
• 2.3.2 表面粗糙度對應(yīng)力集中的影響29-36
• 2.4 本章小結(jié)36-38
• 第3章 活塞銷孔加工刀具材料優(yōu)選38-46
• 3.1 層次分析法38-39
• 3.2 熵權(quán)法39-41
• 3.3 活塞銷孔加工刀具材料優(yōu)選41-43
• 3.4 刀具材料優(yōu)選結(jié)果生產(chǎn)驗證43-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 第4章 活塞銷孔加工過程實驗研究與有限元分析46-68
• 4.1 三維有限元仿真與實驗驗證46-57
• 4.1.1 三維有限元仿真模型46-50
• 4.1.2 實驗方案50-51
• 4.1.3 實驗結(jié)果分析51-56
• 4.1.4 仿真結(jié)果驗證56-57
• 4.2 刀具幾何參數(shù)對切削力和切削溫度的影響57-60
• 4.2.1 前角的影響57-59
• 4.2.2 后角的影響59-60
• 4.2.3 刀尖圓弧半徑的影響60
• 4.3 切削參數(shù)對切削力和切削溫度的影響60-62
• 4.3.1 切削速度的影響60-61
• 4.3.2 切削深度的影響61-62
• 4.3.3 進(jìn)給量的影響62
• 4.4 活塞銷孔加工過程殘余應(yīng)力62-66
• 4.4.1 銷孔粗加工殘余應(yīng)力63-65
• 4.4.2 連續(xù)走刀殘余應(yīng)力65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-68
• 第5章 活塞銷孔加工工藝參數(shù)優(yōu)化68-82
• 5.1 銷孔加工實驗68-70
• 5.1.1 實驗條件68-69
• 5.1.2 實驗結(jié)果分析69-70
• 5.2 切屑形態(tài)和刀具磨損70-74
• 5.2.1 切屑形態(tài)70-71
• 5.2.2 刀具磨損71-74
• 5.3 基于響應(yīng)曲面法的銷孔加工工藝參數(shù)優(yōu)化74-79
• 5.4 工藝參數(shù)優(yōu)化結(jié)果驗證79-80
• 5.5 本章小結(jié)80-82
• 總結(jié)與展望82-84
• 參考文獻(xiàn)84-90
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與參與的科研項目90-92
• 致謝92-93
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表93

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本文編號：671347