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大型全纤维曲轴TR法成形工艺及动态再结晶模拟研究

作　者: 朱若岭
导　师: 周杰
学　校: 重庆大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 大型曲轴 TR法锻造数值模拟仿真 BP神经网络动态再结晶模拟
分类号: TG316
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

大型曲轴是大型内燃机的关键部件。由于内燃机在工作时,大型曲轴的工况极具恶劣,曲轴的制造质量对柴油机性能和可靠性影响很大。近年来,随着世界造船、石油、发电、内燃机车的快速发展,对大中型柴油机曲轴质量要求越来越高,国内外市场对大中型全纤维曲轴需求很大。曲轴在内燃机中主要是将连杆传来的气体压力转变为扭矩,作为动力而输出做功。目前由于大型内燃机曲轴尺寸大、吨位大、外形复杂、变形工序难,采用闭式模锻很难生产这种大型号的曲轴。自由锻造和弯曲镦锻法是目前大型全纤维曲轴的主要锻造工艺。全纤维弯曲镦锻工艺大大改善了曲轴疲劳强度,提高了金属材料的利用率,降低了生产成本,其成形工艺明显优于自由锻造法。按装置原理和结构的不同,有RR法、TR法以及后来在RR、TR法基础上改进的NRR、NTR法和卧式十字正交专机锻造法。目前国内外RR法、TR法曲轴锻造工艺运用较多,但在工艺上存在一些固有的问题待解决。本文以南车资阳机车有限公司的3600吨水压机配备的TR装置为例,用有限元数值模拟方法对TR法成形工艺进行了研究。针对该公司新开发的DN8330型号大型全纤维曲轴,利用DEFORM-3D软件对该曲轴的成形过程进行数值模拟仿真,分析了TR法弯曲镦锻过程中典型成形缺陷的成因,提出了一系列避免缺陷的有效措施,优化了关键工艺参数和模具结构;提出“约束翼”新型结构,对曲柄臂严重缺料的情况下,在不增加锻件的下料尺寸,成形质量良好的曲轴锻件;基于BP神经网络算法对成形力进行了优化研究,通过采用合理的工艺参数,降低了曲轴成形载荷;鉴于曲轴强度和刚度要求较高,对优化后的曲轴成形工艺进行动态再结晶组织演变模拟,探讨了曲轴锻造工艺对改善材料微观组织性能的影响。通过本课题的研究,把TR法曲轴成形过程、塑性有限元、数值模拟仿真技术、及模具CAD技术结合起来,缩短了产品的开发制造周期、降低了企业的生产成本,为企业带来了良好的经济效益。本课题的研究成果对同类曲轴的生产、新型号曲轴成形工艺的开发以及模具设计提供技术支持和设计依据,并可将研究成果直接用于企业生产。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 引言  8-9
  1.2 课题背景  9-11
    1.2.1 大型曲轴成形技术现状  9
    1.2.2 数值模拟在锻造中的应用及国内外研究现状  9-10
    1.2.3 微观组织模拟技术的应用  10-11
  1.3 课题研究目的及内容  11-12
    1.3.1 研究目的  11
    1.3.2 主要内容  11-12
  1.4 研究的创新点及实用意义  12-13
    1.4.1 主要创新之处  12
    1.4.2 研究的实用意义  12-13
  1.5 研究的可行性  13-14
2 大型全纤维曲轴成形工艺  14-25
  2.1 引言  14
  2.2 大型曲轴锻件的锻造工艺简介  14-16
    2.2.1 自由锻造法  14-15
    2.2.2 弯曲镦锻法  15-16
  2.3 RR 法  16-18
    2.3.1 RR 法的运动分析  17
    2.3.2 RR 法的镦粗成形力分析  17-18
  2.4 TR 法  18-21
    2.4.1 TR 法的运动分析  18-19
    2.4.2 TR 法的成形力分析  19-21
  2.5 NRR 法分析  21-22
  2.6 NTR 法分析  22
  2.7 卧式十字正交专机弯曲墩锻方法分析  22-23
  2.8 本章小结  23-25
3 TR 法曲轴成形数值模拟仿真  25-48
  3.1 引言  25
  3.2 DN8330 型号曲轴数值分析研究背景  25-28
    3.2.1 全纤维曲轴TR 法生产概况  25-26
    3.2.2 全纤维曲轴TR 法成形存在的典型缺陷  26-27
    3.2.3 新型DN8330 曲轴设计简介  27-28
  3.3 大型曲轴TR 镦锻成形数值模拟  28-39
    3.3.1 三维刚粘塑性有限元模型建立  28-29
    3.3.2 DN8330 曲轴锻件单拐模拟结果与分析  29-34
    3.3.3 DN8330 曲轴锻件单拐缺陷优化与结论  34-39
  3.4 大型曲轴成形新型结构研究  39-41
    3.4.1 大型曲轴TR 镦锻成形中新型模具结构成形的模拟研究  39
    3.4.2 约束翼结构模拟与优化  39-41
  3.5 基于神经网络的正交实验算法对成形力的优化研究  41-46
    3.5.1 引言  41-42
    3.5.2 正交实验设计及有限元模拟分析  42-44
    3.5.3 BP 神经网络构造主要影响因素响应面  44-46
  3.6 本章小结  46-48
4 大型曲轴 TR 镦锻成形生产试验验证  48-51
  4.1 引言  48
  4.2 试验用设备、材料及试制过程  48-49
  4.3 试验结果及分析  49-50
  4.4 本章小结  50-51
5 大型全纤维曲轴动态再结晶微观组织模拟  51-56
  5.1 动态再结晶组织演变模拟结果与分析  51-55
    5.1.1 动态再结晶模拟模型与基本参数  51-52
    5.1.2 模拟结果分析  52-55
  5.2 本章小节  55-56
6 结论与展望  56-58
  6.1 结论  56-57
  6.2 展望  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-62
附录作者在攻读学位期间发表的论文  62

大型全纤维曲轴TR法成形工艺及动态再结晶模拟研究

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