基于响应面法的楔横轧连杆毛坯杆部中心孔洞缺陷的研究

摘要

楔横轧制坯过程虽说与mannesmann兄弟研究的圆棒料锻造成形过程不一样，但由于都是旋转着的圆形坯料在轴对称方向受到一对横向的挤压力，而且两种成形过程中的圆形坯料中心都经常出现的裂纹和孔隙，所以也将楔横轧制坯过程中出现的中心裂纹和孔隙称之为mannesman效应[1]。而mannesmann效应在楔横轧产品中的出现将降低轧件的材料强度，最终引起最终锻件的失效。本论文研究的某汽车连杆毛坯在楔横轧成形过程中杆部出现了中心孔洞缺陷，作者利用有限元仿真技术来分析中心孔洞缺陷产生的原因，并优化模具结构和相关的工艺参数，最终达到消除中心空洞缺陷的目的。基于以上论文主要分以下几个部分：
　　①首先，对楔横轧技术的特点与分类及国内外的研究现状进行了介绍；随后，介绍了楔横轧模具及利用楔横轧技术制坯时轧件出现缺陷的类型，并重点介绍了内部缺陷；最后，对本文研究的对象某汽车连杆毛坯做了介绍。
　　②介绍了工厂在利用原始楔横轧模具进行生产时连杆毛坯杆部有中心孔洞洞缺陷出现，并根据原始楔横轧模具的结构建立了有限元模型，重点分析了各场量(等效应变，等效应力，损伤，静水压力，第一主应力)的变化趋势，得出了最适合分析中心空洞缺陷形成的场量-第一主应力，最后将模拟结果和实际生产的结果进行了对比。
　　③在分析了中心孔洞形成机理以后，再基于对连杆毛坯成形过程的分析和为了保证轧制过程的稳定性，对模具结构进行了优化，研制出了一种新的楔横轧模具结构，并根据本文研究的对象-连杆毛坯杆部，对模具结构进行了简化处理，并利用简化的模具分析了模具工艺参数（展宽角β，成型角α，断面收缩率ψ）和坯料温度T对轧件杆部中心质量的影响规律。
　　④在得到了楔横轧模具工艺参数和坯料温度对中心质量的影响后，利用中心复合设计（CCD）和响应面法来改善轧件杆部中心质量。首先确定设计变量及优化的目标，随后利用中心复合设计做实验并得到相关的数据，最后再建立变量（模具工艺参数和坯料温度）和优化目标（最大主应力）之间的二阶响应面函数，并利用函数得到最优解，也就是最优参数组合。
　　⑤将最优参数组合应用到新的楔横轧模具并建立有限元模型，在 DEFORM软件中进行模拟试验验证，随后将最终优化的结果应用到生产实验,数值模拟结果和生产实验结果验证了本文研究的可行性和可靠性。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1引言

1.2楔横轧技术概述和研究现状

1.3 楔横轧成形中缺陷的类型

1.4楔横轧模具的介绍

1.5连杆毛坯的介绍

1.6课题来源、内容和研究意义

2 连杆毛坯楔横轧制坯过程的数值模拟

2.1连杆毛坯中心孔洞的出现

2.2原始楔横轧模具结构及连杆变形过程的介绍

2.3楔横轧有限元模型的建立

2.4连杆毛坯杆部各场量的分析

2.5中心孔洞形成机理的判定依据

2.6生产实验和模拟结果的对比

2.7本章总结

3 工艺参数对二次楔横轧轧件杆部中心质量的影响

3.1 扩展式楔横轧模具的形成及其简化研究

3.2实验设计

3.3工艺参数对连杆坯料杆部中心应力的影响

3.4 本章总结

4 基于响应面法的对改善轧件杆部中心质量的研究

4.1响应面法的介绍

4.2 CCD抽样的介绍

4.3优化设计

4.5 本章总结

5 生产试制

5.1连杆成形工艺路线

5.2试制的准备

5.3生产试制设备

5.4试制结果

5.5 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作者在攻读学位期间发表的论文目录

B求响应面方程的程序

C利用fmincon函数求最优参数的程序