基于Simufact连杆衬套强力旋压仿真及工艺参数优化研究

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连杆衬套是柴油机中重要的连接部件之一。装配时将衬套压入连杆小端,衬套与活塞销相连,避免活塞销与连杆小头直接接触磨损,延长了连杆的使用寿命。连杆衬套的早期磨损、冲蚀和烧蚀,会堵死油孔,引发事故。所以,其性能的好坏直接影响着柴油机的可靠性和使用寿命。强力旋压是加工筒形件的有效方法,无切削加工、无材料损耗,经济效益十分显著。采用强力旋压工艺制备的连杆衬套,具有较好的机械性能,能够满足产品的设计要求,但强力旋压工艺参数较多,且各工艺参数之间存在交互影响。传统的工艺设计和调整是通过简单的公式和设计者的经验进行多次试制,虽然在一定程度上解决工艺参数的选取问题,但由于缺乏理论基础和科学计算,很难得到最佳工艺参数组合,浪费材料,而且生产效率低,生产周期长。过去的研究主要侧重于强力旋压对成形质量的影响及对工艺参数的优化,很少考虑各工艺参数之间的交互作用,事实上工艺参数之间的交互作用对连杆衬套成形质量的影响也是不可忽略的。本文采用优化理论与数值模拟技术结合,利用Pro-E建立了错距旋压三维几何模型,基于Simufact软件建立了连杆衬套错距旋压的有限元仿真模型。以连杆衬套为研究对象,首先采用单一轮换法,研究强力旋压主要工艺参数:减薄率、进给比、主轴转速、首轮压下量和轴向错距,对连杆衬套旋压成形过程中的隆起系数和旋压后尺寸精度的评价指标:壁厚差和内径精度的影响规律;通过部分析因式法,考虑两两因子的交互作用,研究工艺参数及其交互作用对连杆衬套壁厚差和内径精度的影响程度,并筛选出其中重要的交互影响;最后采用考虑交互作用的正交试验,进行了不同参数组合条件下的连杆衬套错距旋压数值仿真试验,获得16试验数据;采用灰色关联度法,计算其壁厚差和内径精度的灰色关联系数、灰色关联度以及平均灰色关联度,得出各工艺参数及其交互作用对连杆衬套的尺寸精度影响的显著程度;通过灰色关联度分析,得到多目标优化的连杆衬套错距旋压工艺参数最优组合。
摘要第4-5页
abstract第5-6页
1 绪论第11-25页
    1.1 课题研究背景及意义第11-12页
    1.2 强力旋压技术的发展第12-13页
    1.3 强力旋压技术的工艺分类及旋压机理第13-19页
        1.3.1 强力旋压技术的工艺分类第13-19页
    1.4 旋压技术国内外研究现状第19-23页
        1.4.1 成形机理第19-20页
        1.4.2 有限元数值模拟第20-21页
        1.4.3 可旋性研究第21-22页
        1.4.4 缺陷产生的原因及控制方法第22-23页
        1.4.5 工艺参数优化第23页
    1.5 课题的主要研究内容第23-25页
2 连杆衬套错距旋压数值模拟技术研究第25-39页
    2.1 连杆衬套错距旋压有限元理论基础第25-31页
        2.1.1 弹塑性有限元求解第25-30页
        2.1.2 有限元求解方程的算法第30-31页
    2.2 连杆衬套错距旋压有限元模型的建立第31-38页
        2.2.1 三维几何模型的建立第31-32页
        2.2.2 导入模型第32页
        2.2.3 定义材料属性第32-33页
        2.2.4 运动方式和约束定义第33-36页
        2.2.5 接触方式定义第36页
        2.2.6 摩擦模型定义第36-37页
        2.2.7 热参数定义第37页
        2.2.8 网格划分技术第37-38页
        2.2.9 检查模型第38页
    2.3 本章小结第38-39页
3 强力旋压主要工艺参数对成形过程和旋后尺寸精度的影响第39-53页
    3.1 错距旋压工艺参数第39-41页
        3.1.1 减薄率第39页
        3.1.2 进给比第39-40页
        3.1.3 主轴转速第40页
        3.1.4 首轮压下量第40页
        3.1.5 轴向错距第40-41页
    3.2 隆起系数和尺寸精度的评价指标及测量方法第41-45页
        3.2.1 隆起系数第41-43页
        3.2.2 旋压质量的评价指标第43-45页
    3.3 减薄率对隆起系数和尺寸精度的影响规律第45-46页
        3.3.1 减薄率对隆起系数的影响规律第45-46页
        3.3.2 减薄率对尺寸精度的影响规律第46页
    3.4 进给比对隆起系数和尺寸精度的影响规律第46-48页
        3.4.1 进给比对隆起系数的影响规律第47页
        3.4.2 进给比对尺寸精度的影响规律第47-48页
    3.5 主轴转速对隆起系数和尺寸精度的影响规律第48-49页
        3.5.1 主轴转速对隆起系数的影响规律第48-49页
        3.5.2 主轴转速对尺寸精度的影响规律第49页
    3.6 首轮压下量对隆起系数和尺寸精度的影响规律第49-51页
        3.6.1 首轮压下量对隆起系数的影响规律第50页
        3.6.2 首轮压下量对尺寸精度的影响规律第50-51页
    3.7 轴向错距对隆起系数和尺寸精度的影响规律第51-52页
        3.7.1 轴向错距对隆起系数的影响规律第51-52页
        3.7.2 轴向错距对尺寸精度的影响规律第52页
    3.8 本章小结第52-53页
4 错距旋压工艺参数之间的交互影响第53-61页
    4.1 部分析因式第53-54页
    4.2 部分析因式试验第54-55页
    4.3 错距旋压工艺参数对壁厚差的交互影响第55-57页
        4.3.1 工艺参数间的交互作用第55-57页
        4.3.2 工艺参数及交互作用的影响程度第57页
    4.4 错距旋压工艺参数对内径精度的交互影响第57-59页
        4.4.1 工艺参数间的交互作用第57-59页
        4.4.2 工艺参数及交互作用的影响程度第59页
    4.5 本章小结第59-61页
5 错距旋压工艺参数及其交互作用对旋压质量的影响第61-71页
    5.1 正交试验设计第61-62页
        5.1.1 正交表第61页
        5.1.2 选表和表头设计第61-62页
    5.2 考虑交互作用的正交试验设计第62-64页
        5.2.1 试验因素及水平第62-63页
        5.2.2 正交试验表的选取第63-64页
    5.3 利用灰色关联度对尺寸精度进行多目标优化第64-68页
        5.3.1 灰色关联度理论依据第64-65页
        5.3.2 灰色关联系数及灰色关联度的计算第65-67页
        5.3.3 灰色关联度优化结果第67-68页
    5.4 验证试验第68-70页
        5.4.1 试验步骤第68页
        5.4.2 试验数据测量第68-70页
    5.5 本章小结第70-71页
6 总结与展望第71-73页
    6.1 全文总结第71-72页
    6.2 展望第72-73页
参考文献第73-79页
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果第79-80页
致谢第80-81页
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