轿车曲轴模锻成形数值模拟及工艺优化

摘要

曲轴作为轿车发动机的关键运动部件,需承受交变载荷、传递动力。要满足高强度、抗疲劳性、长寿命等性能指标,对曲轴成形工艺提出了很高的要求。目前,模锻成形技术是轿车曲轴成形的主要趋势,如何避免曲轴模锻件在成形过程中充不满、高载荷等问题是研究重点。
　　非调质钢以其不需要热处理工艺就能达到调质钢的性能,简化工艺流程,减低生产成本,成为模锻成形曲轴材料的首选。本文选用TL1438非调质钢作为06d02轿车曲轴材料,并建立该材料的本构方程。
　　对于成形复杂的曲轴而言,锻模结构设计得是否合理,直接影响到曲轴的质量、材料利用率、成形载荷及锻模使用寿命。本文利用有限元数值模拟软件DEFORM-3D对预锻模膛和终锻模膛的飞边槽结构进行优化设计,从而改善充填情况。在确定合理的飞边槽结构后,本文重点对预锻模膛分型面圆角、预锻模膛与终锻模膛的长、宽、高方向比例构成的4个因子,采用正交试验的方法和有限元软件 DEFORM-3D对06d02曲轴模锻成形过程进行研究。根据结果数据,全面分析该四因素对预锻和终锻成形过程中成形载荷,应力应变分布及充填效果等方面的影响,以找到最优化设计方案,以达到提高成形质量、降低成形载荷、提高材料利用率等目的。
　　模具应力作为影响模具寿命的直接原因。本文采用有限元模拟方法对模具应力进行分析,获得成形过程中模具应力场分布,从而找到模具的失效原因,以改善模具结构、减少或消除应力集中,提高模具的使用寿命。
　　最后,通过试验生产对有限元数值模拟优化的方案进行验证,将试验情况与模拟结果进行对比,取长补短,使曲轴模具设计的更加合理。
　　通过本文的研究,将CAE仿真技术与模具CAD技术结合在一起,达到改善模锻成形质量、降低成形载荷、提高模具寿命等目的,为同类曲轴锻件的生产提供理论和实践支持。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 曲轴锻造的研究现状

1.3 塑性成形数值模拟研究进展

1.4 课题研究的内容及目的

1.5 课题研究的可行性

第二章 曲轴模锻成形工艺

2.1 引言

2.2 曲轴锻件材料特性

2.3 TL1438本构方程的建立

2.4 曲轴锻造成形工艺分析

2.5 热锻件图尺寸的确定

2.6 热模锻压力机的特点及吨位的选取

2.7下料尺寸的确定

2.8 本章小结

第三章 06d02曲轴模具设计

3.1 引言

3.2 模具结构对曲轴成形的影响

3.3 预锻模膛的设计

3.4终锻模膛的设计

3.5 本章小结

第四章 06d02曲轴成形过程的数值模拟

4.1 引言

4.2 模拟试验方案的确定

4.3模拟参数的设置

4.4 预锻成形模拟结果分析

4.5 终锻成形模拟结果分析

4.6 正交试验结果分析

4.7 本章小结

第五章 模具应力数值模拟及分析

5.1 引言

5.2 模具应力的有限元模型

5.3模具应力模拟结果分析

5.4本章小结

第六章 实验验证

6.1 引言

6.2 试验生产设备

6.3 选用生产试验材料

6.4 06d02曲轴金相组织分布

6.5模拟仿真与试验生产的结果分析

6.6本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢