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32500字硕士毕业论文提高某型轧机校准效率的核心问题综述

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:32500字
论点:曲轴,变形,在线
论文概述:

本文从机械装置和测量系统两方面分别讨论了 QH2-041全自动曲轴圆角滚压机床在线测量的可行性和相关改进方案。通过实验研究,得出相关实验数据,并结合有限元分析结果,最终得出曲轴在线测量

论文正文:

第一章导言

 发动机作为汽车的动力装置,其各项技术指标对整车的性能起着关键的作用。以球铁曲轴为例,实验证明曲轴圆角滚压在一般情况下,可以使曲轴弯曲疲劳强度极限提高80%以上,远高于喷丸、渗碳、渗氮等所有的已知材料强化方法,因而该技术在汽车曲轴中的应用已经日益广泛[1]。 1.1研究的背景和意义曲轴的加工质量已经受到了世界各汽车工业强国的重视,各国都在不断地更新和完善自己的加工工艺,为的是能够通过更高效的方法得到合格标准的曲轴。我国是世界上仅有的三个有自主能力生产曲轴加工机械的国家之一,国家十分重视对曲轴加工工艺的研究。国内不断增长的汽车需求量也为我国汽车工业的快速发展提供了非常有利因素,这也为曲轴加工工艺的研究提供了优越的空间。曲轴经滚压机滚压后往往会产生不规律的弯曲变形,如果对曲轴再进行常规的校直,则由滚压机产生的滚压压应力就会消失,甚至会反向产生拉应力,这样,就失去了原滚压强化的意义。所以应该在滚压后,设备自动去测量曲轴的直线度,若发现产品直线度不合格,就在曲轴的某些部位施加不同的压力进行校直(其实质就是二次滚压),实践也证明这了该校直方法的可行性。曲轴零件的刚性较差,而且曲轴形状复杂,当前主要采用专门的校直专家系统来实现对曲轴的滚压校直,这一过程需要首先测量出曲轴的弯曲变形情况即弯曲度的大小和相位方向。其方法是:用摆差传感器来检测出各主轴颈的摆差,然后由专家系统数据库对摆差数据进行分析处理并给出相对应的校直方案,即给出在某几个主轴颈或连杆颈上的再施压方案。最后,在曲轴圆角滚压机上,依据该再施压方案,滚压某一个或几个特定的主轴颈或连杆颈。滚压完成后,再次测量变形情况,直到达到加工工艺要求为止。在实验和实际生产中发现,针对曲轴的校直往往需要2次甚至3次才能得到合格的产品,这样就会大大降低曲轴的滚压校直效率。对于曲轴的整个强化工艺来说,一共有三个过程:曲轴圆角滚压、曲轴弯曲变形测量、曲轴滚压校直。本文以QH2-041全自动曲轴圆角滚压机床为例,曲轴圆角滚压过程需要时间约为1 min (依据主轴转速不同时间会略有差别),进行一次曲轴弯曲变形测量及曲轴滚压校直时间约为lmin(依据主轴转速不同时间会略有差别),而校直往往需要1?3次,这样一来,整个强化工艺用时约为2.5~3.5miii。不难发现,曲轴整个滚压强化工艺主要时间集中在校直过程中,该过程耗时长,效率偏低,如果机床能够实现实时监测弯曲变形情况,就能够通过一次滚压校直得到合格的曲轴,这样就能够在原机床基础上大大提髙校直效率。就目前生产工艺来看,曲轴的校直过程,是通过专家系统生成的校直方案,然后依据生成的校直方案,对某几个特定的主轴颈施加相应大小的滚压力进行校直,但是,由于曲轴形状复杂,刚性较差,变形会有一定的不确定性,一次校直以后的曲轴往往不能达到合格的标准,往往需要第二次甚至第三次校直。本论文通过研究曲轴加工过程中的整体变形机理,实现对曲轴进行的在线测量(此时撤去滚压力),实时监测,测量后直接在线生成第二次校直方案继续校直。整个校直过程连续不间断,即通过一次校直就可以得到合格的曲轴。这样一来,对于强化一根曲轴来说,校直的效率可以提高至少约20%,如果以年产量为800万辆汽车来算,一年可以节省80000h的生产时间,这对于一个企业来说是相当可观的效益本文对机床的后续改进提供了可靠的理论基础。
 第二章影响机床校直效率的主要因素
 机床的加工效率直接影响着制造企业的产值,并在当中起着至关重要的作用。以QH2-041全自动曲轴圆角滚压机为例,其一次生产节拍(含校直时间)约为2.5-3.5min (依据滚压参数的设定变化),整个加工过程耗时较长,尤其是在校直的工艺过程中,校直出一根合格的曲轴往往需要1~3次才能完成,这些是由滚压校直机理和专家系统的局限性决定的。因此,如何提高机床的加工效率是当前急需解决的问题。
 2. 1滚压变形的影响因素和机床的生产节拍2.1.1滚压变形的影响因素曲轴圆角滚压工艺就是将滚轮压力施加在圆角处,使其在该滚压处形成一条滚压塑性变形带,该塑性变形应带具有如下特点:形成了残余压应力,可抵消或部分抵消曲轴在工作时的拉应力,从而提高曲轴的疲劳强度;滚压出会形成高硬度的致密层,曲轴的机械强度以及疲劳强度会得到大幅度提高;表面粗糖度值一般可减小到以下。
 第三章 在线测量校直的数学模型研究...............133.1曲轴圆角滚压机床校直模型的简化...............133.2滚压机构的运动学分析...............203.3滚压机构的动力学分析...............253.4本章小结...............34第四章 曲轴动态弹性变形分析...............354.1 Ansys Workbench 软件简介...............354.2曲轴整体弹性变形分析 ...............3814.3瞬态动力学的求解及结果分析...............424.4本章小结...............49第五章 曲轴弹性形变量的实验研究...............505.1实验研究目的...............505.2实验原理与方案...............515.3实验设备与装置...............535.4实验方法与数据处理...............575.5本章小结...............59
 总结
 论文首先从机床校直工艺入手,介绍了校直工艺的工艺特点、工作机理、实施方法。进而结合校直工艺提出了本文的研究内容,即通过应用曲轴的在线测量方法,实现提高机床的校直效率。具体包括如下内容:首先,论文主要研究了机床滚压校直的数学模型。一方面,通过结合机床实际特点和相关参数,对模型做出了一些相应的简化。另一方面,基于理论分析,对模型进行了简单的运动学分析和动力学分析,并初步得出分析结果。其次,借助workbench瞬态动力学分析模块,对整个滚压校直模型做出详细的分析,得出曲轴在线测量情况下的弹性变形规律。其中包括曲轴不同轴颈的变形规律研究;主轴不同转速情况下,曲轴的变形规律研究;不同大小顶尖力下,曲轴的变形规律研究;不同型号曲轴的变性规律研究。最后,本文从机械装置和测量系统两方面分别讨论了 QH2-041全自动曲轴圆角滚压机床在线测量的可行性和相关改进方案。通过实验研究,得出相关实验数据,并结合有限元分析结果,最终得出曲轴在线测量情况下的弹性变形规律。
 参考文献:[1]冯美斌,李满良.曲轴的圆角滚压工艺与疲劳强度[J].汽车科技,2001, (06):23-25.[2]周超超.人工智能专家系统在曲轴圆角滚压校直中的研究[D].武汉理工大学,2003.[3]史效强,周旭东.曲轴圆角滚压强化技术综述[J].内燃机配件,2005,(06):26_29.[4]姚新,蒋幸幸.曲轴滚压变形分析与滚压校直专家系统研究[J].组合机床与自动化加工技术,2003, (09) :60-62.[5]李海国,李满良.曲轴圆角滚压强化工艺[J].制造技术与机床,2003,(05):56-58.李辉.汽车曲轴圆角冷滚压钳口压力波动分析及研究[D].武汉理工大学,2006.陈世通.发动机曲轴加工工艺分析[J].企业科技与发展,2012,(14): 69-H.鲍中美.计算机辅助修正技术在发动机曲轴滚压校直工艺中的应用[J].计量与测试技术,2004,(01):29-39.朱正德.曲轴滚压校直一计算机辅助修正技术的典型应用[J].汽车技术术,2000,(8):15-18.[10]李海国.曲轴先进制造技术及工艺应用研究[J].现代制造技术与装备,2007,(4):5-8,26.