曲轴大锻件成型模拟分析（本科毕业论文设计）.doc

摘 要

大型曲轴是大型内燃机的关键部件，弯曲镦锻法是生产大型全纤维曲轴的先进方法。针对大型曲轴生产中常见的问题，本文主要通过采用刚粘塑性有限元法（FEM），利用先进成熟的美国DEFORM3D模拟软件，对国内最大的全纤维钢曲轴的TR镦锻法成形进行模拟研究。对曲轴法兰、曲拐热成形工艺的全过程进行计算机数值模拟仿真，得到了模具型腔充填程度及弯曲力和镦粗力等各种场量信息，为曲轴热成形工艺优化、工装设计、模具设计提供理论依据。模拟分析结果表明，初期较低的弯曲速度和变形后期较高的弯曲速度模式可以使金属更好地充满模腔。探讨了成形过程中容易产生的飞边过大、模具尖角处难充满，曲拐角部出现塌角、折叠等常见缺陷的成因，并提出了改变坯料及模具尺寸、合理划分温度梯度的优化建议。


关键词：大型曲轴,TR法弯曲镦锻,三维刚塑性有限元



















ABSTRACT

Heavy crankshafts are key parts in heavy internal-combustion engines.Bend-upset forging is an important technology in the production of the crankshaft. In order to solve the problems in the production of heavy crankshaft, based on the DEFORM-3D software, by the 3-D finite deformation rigid -plastic FEM method, the TR upsetting process of crankshaft is simulated, and the die cavity filling level, the force-displacement curves are given. Those provide the possibility to design the optimum forming technology and die geometry dimension, improve the forging quality and extend the die life. On the ground of simulations,lower bending speed at the beginning and highe rspeed at the ending benefit filling.genesis of the common forming defects like flash Size is too large,difficult to fill the corner of die, sunkcorner defect of formed crank, folding are sdutied. The optimical design of the parameters of the crankshaft and dieis studied and improved schemes are put forward.


Key words：Heavy crankshafts, TR Bend-Upsetting, 3D Rigid-Plastic FEM


















目 录

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1 课题研究意义和现状 1
1.2 塑性成形问题求解方法 2
1.2.1 主应力法 3
1.2.2 滑移线法 3
1.2.3上限法 3
1.2.4上限法单元法 3
1.2.5 有限元法 3
1.3有限元模拟技术发展史概述 4
1.4 课题研究的主要内容 5
2曲轴弯曲镦锻工艺分析 6
2.1 弯曲镦锻工艺简介 6
2.2 RR镦锻法 6
2.2.1 RR镦锻法工作原理及装置结构 6
2.2.2 RR镦锻法镦粗力分析 7
2.2.3 RR镦锻法运动分析 7
2.3 TR镦锻法 7
2.3.1 TR镦锻法工作原理及装置结构 8
2.3.2 TR镦锻法镦粗力分析 10
2.3.3 TR镦锻法运动分析 10
3塑性有限元理论 12
3.1 有限元的基本思想 12
3.2 基于不同材料本构关系的有限元法 12
3.2.1 弹塑性有限元法 12
3.2.2 刚塑性有限元法 13
3.2.3 刚粘塑性有限元法 13
3.3 刚塑性有限元基本方程 13
3.4 刚塑性有限元的变分原理 14
3.4.1不完全广义变分原理 15
3.4.1 Markov变分原理 15
4曲轴镦锻成形数值模拟 16
4.1 DEFORM软件简介 16
4.2 曲轴最大法兰成形模拟及结果分析 17
4.2.1 曲轴最大法兰相关工艺尺寸参数 17
4.2.2 曲轴最大法兰镦锻工艺参数设定 18
4.2.3 有限元模型的建立 18
4.2.4 计算条件的设置 19
4.2.5 曲轴最大法兰成形模拟结果分析 21
4.2.6 曲轴最大法兰成形缺陷及优化建议 22
4.3 曲拐成形模拟及结果分析 23
4.3.1 曲拐相关工艺尺寸参数 23
4.3.2 曲拐镦锻工艺参数设定 23
4.3.3 有限元模型的建立 24
4.3.4 计算条件的设置 25
4.3.5 曲拐成形模拟结果分析 27
4.3.6 曲拐成形缺陷及优化建议 29
5 结论与展望 30
5.1 结论 30
5.1 展望 30
致 谢 31
参考文献 32