非调质钢曲轴模锻成形工艺研究

摘要

曲轴是发动机的重要零部件之一,在模锻生产中属于典型的复杂难锻件。随着汽车发动机向节能减耗、高性能、高效率的方向发展,车用曲轴锻件也有了新的要求。在材料方面曲轴锻件已普遍采用微合金非调质钢,不仅避免了锻后调质处理的缺陷也使得曲轴达到了较好的机械力学性能和良好的微观组织。在模锻工艺方面,由于曲轴动平衡性能要求的提高,曲轴的外形越来越复杂。在模锻成形时常面临成形难度较大,成形质量差(包括充形不满、折叠、裂纹等),曲轴模锻产生前试模次数多,模具研制时间长,材料利用率低等问题。如何改进曲轴模锻成形工艺、提高材料利用率以提高发动机的整体性能和降低生产成本是当今汽车制造业关注和研究的重点。　　本文对曲轴材料非调质钢、模锻成形工艺和国内外研究现状作了简要介绍,选择某空间分模曲线三拐六平衡块车用曲轴作为研究对象,利用Gleeble热模拟试验实测了曲轴材料的流变应力,建立了该材料的高温流动应力模型,为后续有限元模拟分析奠定材料属性基础,运用三维造型软件UG对曲轴预、终锻件及模具进行经验性设计,利用DEFORM-3D软件对曲轴的成形过程进行数值模拟,全面分析了两种飞边槽、预锻件连皮形状和尺寸以及阻力墙式飞边槽参数对曲轴模锻成形过程中模具型腔充填情况、锻件应力应变分布、设备行程载荷和金属流动情况的影响。通过有限元模拟分析,优化了预锻件的连皮结构和尺寸、阻力墙参数以及坯料尺寸,消除成形缺陷、提高材料利用率的目的。　　本课题将非调质钢的物理试验、曲轴模锻工艺、有限元数值模拟仿真技术相结合,以提高曲轴锻件的成形质量和材料利用率为目的,最终达到缩短产品开发周期、降低产品成本的效果。研究成果可直接用于指导生产,并为同类曲轴锻件的生产以及相关的模具设计提供了理论和实践依据。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 曲轴锻造工艺概述

1.3 国内外非调质钢曲轴发展研究概况

1.4 课题来源、内容及意义

2 非调质钢高温压缩试验

2.1 概述

2.2 试验方案

2.3 压缩试验结果

2.4 高温流动应力模型的建立

2.5 高温流动应力模型参数的确定

2.6 本章小结

3 曲轴模锻成形工艺

3.1 引言

3.2 模锻工艺设计流程

3.3 模锻工艺分析

3.4 热锻件图的设计

3.5 预锻件的设计

3.6 设备吨位的选择

3.7 坯料尺寸

3.8 本章小结

4 有限元模拟技术

4.1 引言

4.2 刚粘塑性有限元基本原理

4.3 有限元数值模拟的关键技术

4.4 有限元模拟平台

4.5 本章小结

5 曲轴模锻成形有限元模拟

5.1 引言

5.2 模型简化及前处理设置

5.3 飞边槽对成形的影响

5.4 连皮形状对模锻成形的影响

5.5 阻力墙结构的优化

5.6 坯料的优化选择

5.7 金属流动规律分析

5.8 温度分布分析

5.9 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果