38000字硕士毕业论文140MN热模锻压机大型曲轴锻模架工艺研究
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：38000字
论点：曲轴,锻造,锻件
论文概述：
本文以 800-06-001 曲轴为研究对象，基于有限元模拟，分别使用ANSYSWorkbench 软件对 140MN 热模锻压力机上曲轴模架进行热-力分析，使用QForm 软件对曲轴的锻造工艺进行模拟。
论文正文：
第一章导言
1.1课题的研究意义
随着汽车产量每年的持续增长，对曲轴的需求也在不断增加。曲轴铸造和锻造的趋势越来越明显。随着卡车向大功率重型卡车和轿车向高速和轻型发展，铸造曲轴必须面临严峻的考验。因为大多数曲轴都被弯曲疲劳破坏，锻钢曲轴的最大优点是钢具有更高的弯曲疲劳强度，这基本上与拉伸强度成正比。然而，球墨铸铁曲轴由于石墨孔、磷化物和合金元素的晶界偏析而具有低疲劳强度，这与抗拉强度不成比例。根据福特汽车公司的测试，对于相同宽度的曲轴和连杆颈轴承面，铸造曲轴的寿命仅为锻造曲轴的一半。
随着高功率、低油耗、低排放的要求，发动机爆燃压力从8-9Mpa上升到12Mpa，甚至14Mpa，这对球墨铸铁曲轴来说是难以承受的。因此，国内外铸造曲轴的比率在下降，而锻造曲轴的比率在上升，[2]。据统计，2009年中国曲轴市场总产量约为1300万件，其中约40%为铸造曲轴，其余为锻钢曲轴
1.2曲轴锻造工艺简介
曲轴是发动机的关键部件。曲轴形状复杂，沿轴线方向的横截面急剧变化，应力分布极不均匀。特别是，从平衡重到轴颈的过渡圆角处以及润滑油孔附近的应力集中相对严重，这可能在交变应力的作用下导致曲轴的疲劳损坏。一旦损坏，可能会导致车辆等重大事故，因此要求曲轴具有极高的抗疲劳性、耐磨性和高强度。根据锻件的复杂程度，大多数曲轴的最大截面积与连杆轴颈的截面积之比大于5，形状复杂系数小于3.2，这是一种相对复杂的锻件。表明曲轴锻件的基本结构分散，金属流动距离长，成形难度较大，而弯曲分型曲轴的锻造难度更大。。中国最大的曲轴制造商天润曲轴的毛利率约为30%。因此，研究曲轴的锻造工艺具有重要的社会和经济价值。近年来，我国曲轴锻造投资激增。2009年1月，广西桂林达夫集团有限公司投资4.5亿元。经销商与俄罗斯沃罗涅日重型机械有限公司(TMP)和中国重耳集团有限公司签订了四条大型锻造生产线的采购合同，使其成为世界上锻造行业最大的一次性投资。2009年3月，中化集团投资2.5亿元从德国进口两条大型热锻压力机生产线，主要生产150公斤以下的曲轴。2009年5月，北三环集团和文登天润曲轴分别与德国米勒·范德顿(Miller Vanderton)签订PZS900 16000t电动螺旋压力机采购合同，主要生产250公斤以下的重型锻钢曲轴。2009年9月，辽宁518内燃机零部件有限公司正式宣布，已从俄罗斯TMP公司购买两条大型热锻压力机曲轴生产线。上述锻造生产线均为由PROFIBUS-DP网络单元和工业以太网组成的总线控制的曲轴自动化生产线。生产时间在15到45秒之间。每条生产线使用6到7个自动工业机器人来完成所有生产动作。无人操作基本在现场实现。大多数辅助机器都配有国产设备。其中一些是从国外进口的，这几乎代表了当今曲轴锻造的最高水平。
近两年来，自动化技术在生产中的应用一直是锻造行业发展的热点。由于传统生产线以人工操作为主，劳动强度高，效率低，采用自动化技术可以最大限度地减少人为因素的影响，实现无人操作。生产中的过程监控和安全监控都由总线系统控制，总线系统有一个专用的总控制室。整个生产线采用分区启动和分区控制的方法进行控制。总线控制系统完成整条生产线的自动控制和生产数据的统计记录，负责整条生产线的自动控制，协调和保证整条锻造生产线的安全、可靠、高效运行，这是自动化锻造生产线的特点。与传统生产线相比，自动化生产线可以大大提高生产效率，增强企业的市场竞争力，是曲轴锻造生产线未来的主要发展方向。在锻造技术领域，由模具磨损引起的模具损耗成本在锻造成本中占有很高的比例。因此，旨在延长模具使用寿命和降低生产成本的各种措施越来越受到重视，如使用新的模具钢材料、锻造成形毛坯和优化模具润滑状态。由于锻造过程中热机械负荷高(坯料温度约为1200℃，模具温度约为200℃)，迄今为止，人们一般只将模具的吹塑和冷却时间视为影响模具使用寿命的最重要参数。然而，用PK系列高速锻压机锻造钢锻件的实践表明，均模时间，即锻件在锻造力作用下成形时停留在模具中的时间，对模具寿命有较大影响。因此，加快生产节奏对降低锻造成本、提高企业利润具有重要意义。
[3]
第二章模板结构分析
2.1简介
模架是用于紧固模块和传递顶升动作的主要部件。它承受锻造过程中的所有载荷。由于质量大，一对模架通常重1-12t，120MN热锻压力机模架重50t。模架的制造非常困难，必须给予充分重视。模架的结构设计必须考虑锻压机的模具安装/间距[/k0/]、闭合高度、心轴的位置和数量以及锻造类型和工艺要求。热模锻压机采用整体机身或预应力框架式机身，宽偏心轴曲柄或斜楔机构带动和导向滑块，导向性好。冲程速度相对较低(通常在0.3和1.5m/s之间)，并且近似形成静压。
本文采用数值模拟技术，以140MN热模锻压机模架为例，运用ANSYSWorkbench软件对不同导向形式和顶杆形式的模架进行有限元分析，为选择合适的模架结构形式提供参考。作为美国ANSYS公司开发的一个新的工程分析平台，ANSYS工作台协同仿真环境集成了ANSYS的多个求解器，继承了ANSYS软件强大的仿真分析功能。此外，ANSYS工作台具有以下特点:
第三章800-06-001曲轴成形工艺............................44-54
3.1导言............................44
3.2 800-060-001曲轴工艺............................44-51 [/BR/] 3.2.1曲轴最终锻造设计............................45-46
3.2.2曲轴预锻设计............................46-49 [/BR/] 3.2.4曲轴原材料规格选择............................49-51
3.3模具设计研究............................51-53
3.3.1辊锻模具设计............................51
3.3.2最终锻模设计............................51-52
3.3.3预锻模具设计............................52-53
3.4本章概述............................53-54
第4章成形过程的数值模拟............................54-70
4.1导言............................54-55
4.2 800-06-001曲轴成形工艺............................55-56
4.3辊锻过程的数值模拟............................56-58
4.4模锻过程的数值模拟............................58-68
4.4.1预锻过程的数值模拟............................58-63 [/BR/] 4.4.2最终锻造过程的数值模拟............................63-68
4.5锻模应力分析............................68
4.6本章概述............................68-70
第五章试验验证............................70-75[/br/ ] 5.1导言............................70[/溴/] 5.2生产准备............................70-71 [/BR/] 5.3测试验证............................71-72[/溴/] 5.4测试结果和分析............................72-73
5.5本章概述............................73-75
结论
本文以800-06-001曲轴为研究对象。在有限元模拟的基础上，利用ANSYSWorkbench软件对140MN热模锻压机上的曲轴模架进行热机械分析，利用QForm软件模拟曲轴的锻造过程，并对800-06-001曲轴进行工艺试验。得出以下结论:
(1)利用ANSYSWorkbench软件对大型热锻压力机的模架进行热机械分析。所得结果与现场实际情况一致。花瓣状芯棒有助于减小模架的应力，适当增大芯棒孔的圆角半径可以减小模架的应力。
(2)热应力对模具导向部分应力和位移的影响远大于模锻压力的影响。与传统导柱导套导向结构相比，本发明有利于降低模组导向部分的应力。
(3)使用QForm软件模拟辊锻过程，修改第二个辊锻模具，最终获得合适的辊锻模具，并推出合格的锻件。
(4)利用QForm软件模拟模锻过程，最大模锻压力约为110MN，140MN热锻压力机完全可以满足需要。对曲轴模锻过程的速度场、温度场和应力分布进行划分，找出金属流动规律，避免缺陷的发生。合格锻件可由三种规格的165 mm× 950 mm和170 mm× 900 mm钢坯生产，但165 mm× 950 mm的材料利用率相对较高，达到79.1%，故应选用165 mm× 950 mm试生产。
(5)利用QForm软件对800-06-001曲轴锻模进行应力分析。找到曲轴锻模应力最大的地方，指导锻造生产。