楔横轧多楔成形铝合金连杆坯料的数值模拟分析

摘要

连杆是发动机中最重要的部件之一，对发动机的正常工作起关键作用。但因连杆零件形状复杂，其质量与坯料质量的分配、金属纤维流线的连续性和分布密切相关，传统的制坯工艺不易精确控制坯料的质量分配、难以保证金属纤维流线的连续、均匀分布，生产率不高、机械化程度低等问题，严重影响了连杆的质量和产量。楔横轧制坯在提高坯料形状尺寸精度、表面质量、综合力学性能以及生产率等方面具有更明显的优势，这对追求优质、高效、节材的连杆生产具有重要的指导意义。
　　本文首先运用刚塑性有限元理论进行楔横轧多楔成形铝合金轴类件的有限元数值模拟分析，并与真实实验结果进行对比，结果表明有限元模拟结果和真实实验结果基本一致。说明，本文利用刚塑性有限元理论进行数值模拟分析方法是准确可靠的。在此基础上，选用高强度铝合金作为生产原材料，对楔横轧多楔成形铝合金连杆坯料进行了模拟研究，探索其变形、缺陷产生机理，并分析了工艺参数对缺陷的影响，为后续模锻成形连杆提供质量保证，为铝合金连杆的生产提供借鉴。主要研究结论如下:
　　(1)轧件上的金属流动研究表明:心部金属流动慢，表面金属流动快，轧件中间细杆部网格被严重压缩、拉长、扭转，容易产生缩颈、心部缺陷;轧件端部容易产生凹心缺陷;
　　(2)应力应变研究表明:中间细杆部形变大，细杆部中间段心部应力应变较大，晶格畸变大，位错密度高，容易产生疏松、缩孔等心部缺陷，适当提高轧制速度、侧主楔成形角，或适当降低内侧楔展宽角有利于减轻心部缺陷;
　　(3)影响堆料形成的主要因素是金属流动的速度和位移方向。金属流动的速度和方向与轧辊的轧制速度、断面收缩分配系数、成形楔的斜面（成形角）有关，通过选择合适的轧制速度，适当降低断面收缩分配系数、侧主楔和内侧楔成形角有利于减轻轧件大头末端的堆料。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 楔横轧技术简介

1．3 楔横轧技术的研究现状

1．3．1 国内外楔横轧技术的发展概况

1．3．2 楔横轧技术的研究现状

1．4 连杆零件的研究现状

1．4．1 连杆的成形工艺

1．4．2 连杆坯料的成形工艺

1．5 楔横轧多楔成形技术的研究现状

1．6 有限元技术在楔横轧领域的应用

1．7 研究意义及研究内容

1．7．1 研究意义

1．7．2 主要研究内容

第二章 有限元理论及楔横轧模具设计基本理论

2．1 有限元法理论

2．1．1 有限元法简述

2．1．2 刚塑性有限元法

2．2 楔横轧模具设计基本理论

2．2．1 楔横轧模具设计的基本原则

2．2．2 模具工艺参数的选择

2．3 楔横轧模具设计

2．3．1 产品工艺分析

2．3．2 选材

2．3．3 模具设计

2．4 有限元模型的建立

2．4．1 几何模型的建立

2．4．2 数值模拟模型的建立

2．5 有限元模拟可靠性验证

2．6 本章小结

第三章 楔横轧多楔成形铝合金连杆坯料变形机理分析

3．1 轧件成形过程分析

3．2 金属流动行为分析

3．3 应力应变场分析

3．3．1 应力分析

3．3．2 应变分析

3．4 心部各场变量分析

3．4．1 心部应力场分析

3．4．2 心部应变场分析

3．5 工艺参数对等效应力、等效应变的变化

3．5．1 工艺参数对等效应力的影响

3．5．2 工艺参数对等效应变的影响

3．6 本章小结

第四章 楔横轧多楔成形铝合金连杆坯料过程中的缺陷研究

4．1 堆料缺陷的研究

4．1．1 堆料的产生机理

4．1．2 工艺参数对堆料的影晌

4．2 心部缺陷的研究

4．2．1 心部缺陷的产生机理

4．2．2 心部损伤分析

4．2．3 工艺参数对心部损伤的影响

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文