热处理对强力旋压连杆衬套残余应力影响的仿真及试验研究

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柴油机连杆衬套在工作过程中会受到连杆小头与活塞销的摩擦作用、气缸的爆发压力及连杆的往复惯性力,故对连杆衬套质量和性能有很高的要求。强力旋压是一种薄壁筒形件加工工艺,其加工出的连杆衬套具备良好的力学性能、疲劳强度和承载能力。旋压过程中工件发生的塑性变形和金属材料的流动等会导致残余应力的产生,由于残余应力有很多的危害所以要对其进行消除。目前机械加工常用热处理法来消除工件的残余应力,所以研究热处理对强力旋压连杆衬套残余应力的影响具有十分重要的意义。本文以某型号锡青铜(QSn7-0.2)连杆衬套筒形件为研究对象,研究退火温度和保温时间对其残余应力的影响。首先建立三轮错距旋压三维模型,然后将其导入到Simufact.forming有限元分析软件中,进行强力旋压过程的仿真。然后将旋压仿真后带有应力结果数据的模型导入到软件的热处理模块中,设计单因素方案进行多组热处理仿真,结果表明:热处理不改变残余应力的表现形式,轴向和切向残余应力依然分别表现为压应力和拉应力;轴向和切向残余应力值均随着退火温度和保温时间的增加而减小。设计试验验证仿真的可靠性。按照与旋压仿真中相同的参数进行筒形件的加工,然后按照热处理仿真中的方案将筒形件进行热处理,并设置一组不进行热处理的筒形件进行对照。利用X射线衍射仪对以上筒形件进行残余应力的测量,整理测量结果后与仿真结果对比发现:对于未热处理的筒形件,试验和仿真的轴向和切向残余应力表现形式相同,并且应力值分布规律也基本一致,只是试验测得的应力值比仿真得到的值要稍大一些。热处理后试验和仿真的轴向、切向残余应力的表现形式均不发生改变;应力值均随着退火温度和保温时间的增加而减小。并且当退火温度达到290℃时,应力值的减小幅度大幅降低;当保温时间达到2h时,应力值就几乎不发生改变了。由此可以认为仿真结果基本与实际情况相符,可以为实际生产提供一定的参考。
摘要第4-5页
abstract第5-6页
1 绪论第11-19页
    1.1 课题研究背景及意义第11-12页
    1.2 残余应力研究现状第12-16页
        1.2.1 残余应力有限元分析现状第12-14页
        1.2.2 残余应力的试验测量分析现状第14-16页
    1.3 残余应力消除技术第16-17页
    1.4 本文研究内容第17-19页
2 强力旋压连杆衬套残余应力形成机理第19-29页
    2.1 强力旋压成形工艺第19-23页
        2.1.1 强力旋压工艺的分类第19-20页
        2.1.2 强力旋压成形工艺主要工艺参数第20-22页
        2.1.3 旋压过程工件的变形特征第22-23页
    2.2 残余应力的定义和分类第23-24页
        2.2.1 残余应力的定义第23-24页
        2.2.2 残余应力的分类第24页
    2.3 强力旋压连杆衬套筒形件残余应力的产生第24-25页
    2.4 X射线衍射法测量残余应力的工作原理第25-28页
        2.4.1 布拉格方程第25-26页
        2.4.2 二维残余应力测量原理第26-28页
    2.5 本章小结第28-29页
3 强力旋压连杆衬套残余应力仿真分析第29-54页
    3.1 强力旋压仿真有限元理论基础第29-33页
        3.1.1 虚功方程第29页
        3.1.2 增量方程第29-30页
        3.1.3 弹塑性本构方程第30-32页
        3.1.4 有限元求解方程第32-33页
    3.2 Simufact.forming有限元分析软件简介第33-34页
    3.3 强力旋压三维模型的建立第34-39页
        3.3.1 毛坯参数第34-35页
        3.3.2 芯轴参数第35-36页
        3.3.3 旋轮参数第36页
        3.3.4 尾顶参数第36-37页
        3.3.5 强力旋压模型的装配第37-38页
        3.3.6 三维模型的格式转换第38-39页
    3.4 旋压仿真任务的建立及参数设置第39-51页
        3.4.1 建立新仿真任务第39-40页
        3.4.2 插入旋压模型第40-41页
        3.4.3 调整旋轮在轴向的位置第41-42页
        3.4.4 模具旋转轴和局部坐标系的定义第42-44页
        3.4.5 工件材料的定义第44-45页
        3.4.6 模具载荷的定义第45-46页
        3.4.7 模具约束定义第46-47页
        3.4.8 接触定义第47页
        3.4.9 摩擦定义第47-48页
        3.4.10 热参数定义第48页
        3.4.11 工件网格划分第48-49页
        3.4.12 成形控制参数的定义第49-50页
        3.4.13 提交仿真任务第50-51页
    3.5 强力旋压残余应力的形成过程分析第51-53页
        3.5.1 轴向残余应力形成分析第51-52页
        3.5.2 切向残余应力形成分析第52页
        3.5.3 径向残余应力形成分析第52-53页
    3.6 本章小结第53-54页
4 热处理对残余应力影响的仿真分析第54-63页
    4.1 热分析相关基础理论第54-55页
        4.1.1 热力学第一定律第54页
        4.1.2 热对流和热辐射第54-55页
        4.1.3 瞬态传热和稳态传热第55页
    4.2 热处理仿真任务的建立与参数设置第55-60页
        4.2.1 建立热处理仿真任务第55-56页
        4.2.2 导入模型并定义材料及热参数第56-57页
        4.2.3 热处理过程参数设置第57-59页
        4.2.4 网格划分技术第59页
        4.2.5 检查模型并提交仿真任务第59-60页
    4.3 热处理参数连杆衬套筒形件残余应力的影响第60-62页
        4.3.1 退火温度对残余应力的影响第61页
        4.3.2 保温时间对残余应力的影响第61-62页
    4.4 本章小结第62-63页
5 热处理对残余应力影响的试验研究第63-70页
    5.1 试验材料设备第63页
        5.1.1 试验材料第63页
        5.1.2 试验设备第63页
    5.2 试验方法第63-66页
        5.2.1 强力旋压试验第63-64页
        5.2.2 热处理试验第64-65页
        5.2.3 试件的标注第65页
        5.2.4 残余应力的测量第65-66页
    5.3 试验结果及对比第66-69页
        5.3.1 强力旋压仿真与试验对比第67-68页
        5.3.2 热处理仿真与试验对比第68-69页
    5.4 本章小结第69-70页
6 总结与展望第70-72页
    6.1 全文工作总结第70-71页
    6.2 研究展望第71-72页
参考文献第72-78页
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果第78-79页
致谢第79-80页
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