【摘要】：曲軸是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的核心部件,目前常用的曲軸主要有鍛鋼曲軸和球墨鑄鐵曲軸。鍛鋼曲軸的金屬纖維流線保存比較完整,所以鍛鋼曲軸具有較高的彎曲疲勞強(qiáng)度。球墨鑄鐵曲軸制造成本比鍛鋼曲軸低,但是球墨鑄鐵曲軸的性能一般,縮松、縮孔和晶粒粗大等缺陷使其抗疲勞性能降低。鍛鋼曲軸成本高的主要原因是模鍛時(shí)材料利用率低,生產(chǎn)耗時(shí)長(zhǎng),并且模鍛的模具成本較高,設(shè)備噸位較大。本文在借鑒曲軸目前先進(jìn)生產(chǎn)工藝的同時(shí),進(jìn)行大膽創(chuàng)新,形成一種新的生產(chǎn)曲軸的工藝方法:非調(diào)質(zhì)鋼曲軸毛坯鑄鍛復(fù)合成形的工藝方法。鑄鍛復(fù)合成形工藝綜合了鑄造工藝和鍛造工藝優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)使零件達(dá)到成形和改性的目的。通過鍛造可以消除鑄件內(nèi)部的縮松和縮孔等鑄造缺陷,使晶粒細(xì)化,金屬組織致密,鑄件內(nèi)部的鑄態(tài)組織轉(zhuǎn)變?yōu)殄憫B(tài)組織,并保留完整的金屬纖維流線。本文利用有限元數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)曲軸的成形過程進(jìn)行模擬分析,驗(yàn)證了鑄鍛復(fù)合成形工藝的優(yōu)越性。本文所研究的非調(diào)質(zhì)鋼曲軸是近年來(lái)剛發(fā)展起來(lái)的新鋼種曲軸。非調(diào)質(zhì)鋼是指在中碳錳鋼中添加V、Nb、Ti等合金元素,提高鋼的強(qiáng)度。非調(diào)質(zhì)鋼的優(yōu)點(diǎn)是可省去后序的調(diào)質(zhì)處理工藝,簡(jiǎn)化工藝的同時(shí)改善切削加工性能,同時(shí)減少環(huán)境污染,被稱為“綠色鋼材”。本文主要的研究?jī)?nèi)容如下:1.曲軸預(yù)鍛毛坯鑄件是終鍛前的預(yù)制坯。曲軸預(yù)鍛毛坯鑄件結(jié)構(gòu)形狀是影響曲軸成形質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本文設(shè)計(jì)了三種曲軸預(yù)鍛毛坯鑄件結(jié)構(gòu)形狀方案,利用DEFORM-3D軟件對(duì)三種方案的鍛造成形工藝過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析,最終確定方案三為最佳方案。2.曲軸預(yù)鍛毛坯鑄件連桿軸頸和主軸頸內(nèi)側(cè)圓角大小是影響曲軸質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本文設(shè)計(jì)的圓角半徑分別為5、7.5和10 cm,并利用DEFORM-3D軟件對(duì)鍛造成形工藝過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析,得到了不同圓角半徑的載荷-行程曲線、應(yīng)力應(yīng)變分布圖、溫度場(chǎng)分布圖、金屬流動(dòng)狀況圖、材料受損分布圖以及折疊情況圖等。綜合分析得出當(dāng)圓角半徑為10 cm時(shí)成形效果最好。3.模鍛溫度對(duì)曲軸鍛件的成形過程影響很大。本文利用DEFORM-3D軟件分別對(duì)以1050、1080、1110、1130和1150℃為模鍛溫度的各方案的鍛造成形工藝過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析,得到了不同模鍛溫度方案下的載荷-行程曲線、應(yīng)力應(yīng)變分布圖、溫度場(chǎng)分布圖、金屬流動(dòng)狀況圖及材料受損分布圖等。綜合分析模擬結(jié)果,得出在1130℃的模鍛溫度下鍛造成形效果最理想。4.對(duì)曲軸預(yù)鍛毛坯鑄件可能的鑄造成型工藝進(jìn)行分析比較,利用AnyCasting軟件對(duì)鑄造成型過程進(jìn)行數(shù)值模擬優(yōu)化,最終確定采用鐵型覆砂鑄造工藝。本文設(shè)計(jì)出中間注入式和階梯注入式兩種澆注方案,并計(jì)算出兩種方案下的澆注系統(tǒng)尺寸、冒口尺寸和冷鐵大小等。利用AnyCasting軟件進(jìn)行充型和凝固過程分析,確定中間注入式澆注系統(tǒng)方案更適合非調(diào)質(zhì)鋼曲軸預(yù)鍛毛坯鑄件的澆注方案。5.不僅鑄造工藝對(duì)鑄件質(zhì)量有影響,澆注速度和澆注溫度對(duì)其也有較大的影響。本文設(shè)計(jì)了1510、1520、1540、1560、1580、1600、1620、1640、1660和1680℃的10個(gè)不同澆注溫度方案,并利用AnyCasting軟件對(duì)上述澆注溫度方案進(jìn)行鑄造成型過程數(shù)值模擬分析。設(shè)計(jì)了1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7和1.8 m/s的七個(gè)不同澆注速度方案,并利用AnyCasting軟件對(duì)七個(gè)不同澆注速度方案進(jìn)行鑄造過程數(shù)值模擬分析。通過模擬不同澆注速度和不同澆注溫度方案下的鑄件成型過程,并對(duì)凝固后的缺陷分布分析,最后得出:金屬液以1640℃的澆注溫度進(jìn)行澆注,鑄造成型的曲軸預(yù)鍛毛坯鑄件的縮松縮孔等鑄造缺陷最少,因此確定最佳澆注溫度為1640℃;金屬液以1.6 m/s的澆注速度進(jìn)行澆注時(shí),鑄造成型的曲軸預(yù)鍛毛坯鑄件的縮松縮孔缺陷最少,由此確定最佳澆注速度為1.6 m/s,對(duì)應(yīng)的澆注時(shí)間為4.20s。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U466
【圖文】：

圖 1.1 工藝流程圖Fig. 1.1 Process flow chart不僅能夠模擬各類實(shí)驗(yàn)過程，了解材料性能變化，并且模擬實(shí)驗(yàn)比實(shí)物實(shí)驗(yàn)更鑄造和鍛造過程中的各種缺陷，可以在應(yīng)用于工程領(lǐng)域的一種數(shù)值計(jì)算方法，方法。因此本文也采用有限元數(shù)值模擬曲軸簡(jiǎn)介燃料的不同可分為汽油機(jī)、柴油機(jī)和以軸向外傳出動(dòng)力。因此，曲軸工作時(shí)要

圖 1.2 某型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖ig. 1.2 Schematic diagram of automobile eng境極其惡劣，工作時(shí)會(huì)受到彎曲、拉壓、剪軸質(zhì)量，是當(dāng)前最重要的任務(wù)之一。究現(xiàn)狀工藝研究現(xiàn)狀前，鑄鐵曲軸與鍛鋼曲軸地位相當(dāng)；2000-202 年鑄鐵曲軸成為新取向；2013 年-至今，鑄的最先生產(chǎn)方法為粘土砂手工造型、氣沖造

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2717158