油缸缸底铸改锻工艺研究

摘要

缸底是汽车液压油缸系统关键及其重要零部件，其产品的综合性能和质量对油缸系统的力学运动有重要的影响。目前国内的缸底制造厂开始逐步采用新型模锻工艺取代传统铸造工艺。
　　缸底是油缸系统中缸筒和拉杆的连接部件，作用是连接拉杆和活塞杆并产生油压促使活塞杆做往复运动，油压系统的可靠性和稳健性取决于其运行状态的好坏。缸底的结构特点是尺寸相对较大、重量相对也较大，属于中大型对称锻件。缸底轴孔承受巨大的拉应力和压应力，其底座密封性要求高，从而精度要求高，制造难度较大。采用铸钢铸造的缸底，本身存在着许多缺陷，如整体机械力学性能、整体抗疲劳性能、抗冲击性能都较差，铸件产品由于存在一些气孔、疏松、夹杂、裂纹、缩松等，在其承受较大载荷和拉应力时容易受损，为了避免缸底铸件的缺陷，本文提出新的模锻工艺代替原有铸造工艺，通过有限元数值模拟验证模锻工艺的可行性，并进一步对优化工艺参数和模具结构参数。
　　论文主要内容如下：
　　①对某公司提供的由于缸底铸件存在断裂和抗疲劳性能低的缺陷而导致的油缸系统的不稳定性进行分析，提出缸底自由锻制坯—模锻工艺，并设计出相应的模具结构。
　　②在模具结构设计的基础上，对不同的制坯方案做数值模拟分析，选择最佳方案，同时根据经验确定工艺参数，在设计出的模具结构基础上，进行了产品试制，验证了以上模具设计和工艺选择的可靠性。
　　③对以上生产的锻件中有部分锻件存在大量凹坑、氧化皮、脱碳和烧伤的问题进行理论分析，根据分析进行工艺参数的优化，对各种工艺参数分别进行数值模拟，采用正交试验设计优化分析，以成形最大载荷、模具型腔最大磨损和锻件最大损伤为目标函数，确定了最优工艺参数值为：坯料预热温度1160℃、上下模具预热温度为300℃、锻压成形速度40mm/s和摩擦因子0.2，通过工艺参数的优化不仅有利于模锻成形而且避免锻件产生凹坑、氧化皮、脱碳和烧伤的问题。
　　④结合以上工艺参数优化分析，在工厂实际使用设备的基础上，对模具结构和坯料尺寸进行响应面法多目标优化，以最大成形载荷、模具型腔最大磨损和锻件最大损伤为目标函数，通过有限元数值模拟，分析了拔模斜度、飞边桥高度、连皮厚度和锻坯直径四个主要结构参数对三个目标函数的影响，最终确定了缸底模锻拔模斜度为4 o、飞边桥高度为3mm、连皮厚度为18mm、模锻锻坯直径为220mm的最优结构参数，并应用于生产，获得生产验证。
　　通过本课题的研究，避免了缸底铸件的缺陷，从而有效的提高了该产品质量和综合机械性能，为企业实际生产提供数据参考。同时，论文的研究方法对于其他相似类零件的质量提高也可作为参考依据，促进精密锻造工艺的发展和应用。

目录

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1引言

1.2金属塑性成形的研究与发展

1.3液压油缸及缸底制造工艺现状

1.4课题的研究背景、意义、主要内容

1.5 本章小结

2 塑性有限元法理论基础

2.1塑性成形工艺分析系统

2.2 塑性成形工艺有限元模拟系统

2.3 刚(粘)塑性有限元基本理论

2.4 本章小结

3 油缸缸底铸改锻工艺提出及模具设计

3.1缸底铸改锻工艺提出

3.2缸底锻造工艺及模具设计

3.3本章小结

4 缸底锻造工艺模拟及工艺参数优化分析

4.1 缸底自由锻制坯有限元模拟分析

4.2 缸底模锻工艺有限元模拟与锻件分析

4.3基于正交试验的缸底模锻工艺参数优化分析

4.4本章小结

5 基于响应面法缸底锻模结构多目标优化

5.1优化设计理论基础

5.2 响应面算法简介

5.3 基于响应面法的缸底模具型腔多目标优化分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录