大型液压装载机摇臂结构优化及锻造工艺分析

摘要

摇臂作为大型液压装载机的关键受力构件，对装载机的工作寿命与安全可靠性起着至关重要的作用。目前，铸造成形摇臂重量较大，机械性能不高，严重影响装载机的安全可靠性，已无法满足大吨位装载机的使用要求。锻造成形工艺可在保证制件尺寸特征的同时，大幅度提高强度，采用锻造工艺取代铸造工艺成形摇臂锻件是保证大型液压装载机安全可靠性的有效方法和必然趋势。然而，摇臂体积约为5.8×107 mm3，重量达400 kg，锻造成形工艺复杂，不能简单直接运用现有的锻造工艺进行生产，通过有限元模拟手段开展摇臂锻件结构参数优化设计和成形工艺模拟研究，对后续实际生产具有重要指导意义。
　　本文以大型液压装载机摇臂锻造成形工艺为研究对象，基于铸件与锻件设计原则的不同对摇臂结构进行了相应改进。在不改变摇臂结构安装尺寸、满足使用刚度和强度前提下，以减小摇臂的重量为优化目标对摇臂进行静力分析，采用遗传算法进行了结构参数优化。采用Gleeble-1500D热模拟试验机对摇臂用35MnB钢进行了高温等温单向热压缩实验，研究其在790~1190℃、0.01~10 s-1下的变形行为，并构建了其本构方程。在摇臂锻件结构参数优化的基础上，对摇臂锻造成形工艺进行了分析，并基于刚塑性有限元法对摇臂锻造成形过程进行了数值模拟。
　　优化后的摇臂在最大载荷工况下，最大应力与最大偏移量分别为211.24 MPa、0.95 mm，均小于摇臂的许用应力和许用偏移量，摇臂重量减少了20.12％，实现了优化目的。通过摇臂成形模拟分析，获得了摇臂锻造模拟成形过程中金属坯料的应力、应变、温度场以及锻锤行程载荷曲线等数据。根据摇臂成形模拟分析结果，并结合结构特征及成形工艺设计了摇臂锻造成形模具和切边模具。采用锻锤对摇臂进行了锻造生产试制，摇臂锻造试制件成形饱满，无明显缺陷，验证了摇臂锻造成形工艺的可行性。通过本文研究，为大型液压装载机摇臂铸改锻结构优化和实际锻造成形工艺的完善提供理论依据。

目录

声明

第1章 绪论

1.2 结构优化设计

1.3 金属体积成形数值模拟

1.4 主要研究内容

第2章 摇臂锻件结构参数优化

2.3 摇臂锻件结构参数优化

2.4 本章小结

第3章 摇臂用35MnB钢高温变形行为及本构方程

3.2 试验结果及分析

3.3 本章小结

第4章 摇臂锻造工艺分析

4.1 摇臂锻造工艺设计

4.2 摇臂锻造成形模拟

4.3 本章小结

第5章 摇臂模具设计

5.1 成形模具设计

5.2 摇臂切边模具设计

5.3 摇臂成形模拟结果与实际生产对比

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果