曲轴圆角滚压工艺参数优化研究

在对曲轴圆角滚压加工过程分析的基础上,利用ANSYS有限元分析软件的LS-DYNA模块建立了其圆角滚压动态分析模型;并基于该模型分析了滚压过程中工艺参数对曲轴圆角处塑性变形及残余应力的影响规律。研究结果表明:在滚压力一定时,随着滚压圈数的增加,滚压圆角处塑性变形量和残余应力增大,但达到一定圈数后,塑性变形量和残余应力的变化幅度不再明显。滚压圈数一定时,随着滚压力的增大,塑性变形量与残余应力增加速率随滚压力的增加不断减小。研究结果为曲轴滚压加工过程中工艺参数的选取提供理论依据。     

曲轴圆角滚压有限元分析

通过对某六缸曲轴进行三维有限元建模,结合曲轴圆角滚压强化系统的研究,采用ANSYS Workbench工程软件对曲轴圆角滚压过程进行仿真;并对对滚压后的残余变形以及应力应变分布情况进行分析.结果表明,滚压过程中最大滚压力和最大应变不是出现在同一位置,塑性应变区域位于圆角凹面两侧边缘,冷作硬化后产生的残余压缩应力达到了滚压强化目的;滚压过程必须合理控制滚压进给量.这对计算机仿真技术应用于曲轴设计及生产有着积极的指导作用.     

螺母表面滚压强化有限元分析

滚压强化能够提高零件的疲劳强度和综合力学性能。对螺母表面进行滚压强化有限元分析,预测滚压强化后螺母表面的残余应力的分布状况。通过ABAQUS软件对螺母表面滚压强化进行数值模拟,比较了不同压下量、进给速度、滚压速度对残余应力分布的影响。结果表明,滚轮速度对螺母的表面强化有着显著的影响。随着滚压速度的增加,螺母圆角部位残余应力逐渐增大,且滚压速度越大,圆角部位的等效应力分布越均匀。但是过快的滚压速度会导致螺母表面产生划痕,不利于疲劳强度的提高。     

汽车发动机曲轴断裂分析

汽车发动机曲轴在台架试验过程中突然从连杆轴颈圆角远离扇板一侧边缘发生旋转弯曲疲劳断裂。综合运用断口宏微观观察、表面粗糙度（R_a和R_z）测量、残余应力测试及截面金相观察技术，确定曲轴疲劳断裂主要由轴颈圆角滚压不良导致局部萌生微裂纹及工作过程中受到短时异常应力作用引起；轴颈圆角比技术要求的略小对曲轴疲劳断裂具有促进作用。单一的表面粗糙度R_a不能完好反映轴颈滚压质量，建议采用残余应力测试、表面粗糙度R_a和R_z相结合的方法评价轴颈滚压质量。     

基于中频淬火工艺模拟的曲轴疲劳极限载荷预测研究

采用有限元方法,分析工作弯矩载荷下的曲轴圆角处的应力分布,通过名义应力法预测未加淬火工艺的曲轴疲劳极限载荷。在此基础上,用二维简化轴对称模型代替三维曲轴模型模拟曲轴中频感应淬火工艺,得到温度分布和残余应力分布。结合圆角处的弯矩工作应力计算曲轴经淬火工艺后的疲劳极限载荷,并将其与试验结果进行比较,表明采用淬火工艺模拟能较准确地获得曲轴疲劳极限载荷。     

曲轴圆角滚压工艺参数的多目标优化设计

使用Pro/E软件建立了曲轴圆角滚压的模型,运用数据共享将模型导入Workbench中。利用Workbench中的静力学分析模块和优化设计模块,对滚压工艺参数中的滚子直径和滚压力进行了多目标优化。分析了滚压时滚子直径和滚压力的变化对曲轴圆角处最大等效应力的影响。提出了由滚压时的最大等效应力反求滚子直径和滚压力最优解的方法。这能为滚子直径和滚压力的选择提供指导。     

圆角滚压对螺栓残余应力分布及疲劳寿命的影响

利用ABAQUS结合Fe-safe建立了TC4钛合金高锁螺栓的圆角滚压和拉拉疲劳有限元模型,并进行了试验验证。分析了滚压深度、滚轮圆角半径对螺栓残余应力分布和疲劳寿命的影响规律。滚压后,螺栓的疲劳寿命由3万次提高至20万次以上;随着滚压深度的增加,螺栓圆角的最大压应力和压应力深度也随之增加并趋向于稳定,疲劳寿命出现先增后减的趋势;随着滚轮圆角半径的增加,滚压后螺栓的压应力区域增大,表面最大压应力减小,并在滚轮圆角半径为螺栓圆角半径的90%时趋于稳定,最佳滚轮圆角半径为螺栓圆角半径的90%～95%,尺寸过大或过小均会导致疲劳寿命显著降低。结果表明,在滚压深度为0.02 mm、滚轮圆角半径为0.47 mm时,螺栓圆角的疲劳寿命达到最大值。     

曲轴滚压加工残余变形的有限元分析

在对曲轴进行参数化三维实体建模的基础上，以480Q曲轴的切向滚压网角加工为例，借助ANSYS平台进行了有限元分析，预测了滚压后曲轴的残余变形，研究了滚压载荷与曲轴整体变形之间的关系，为曲轴校直提供了依据。     

曲轴圆角滚压变形分析与滚压校直专家系统的研究

曲轴圆角滚压智能柔性加工机床用以对发动机曲轴主轴颈和连杆颈过渡圆角进行滚压强化,并进行滚压校直.论文以ANSYS为工具,对曲轴滚压过程中连杆颈滚压变形和主轴颈滚压变形及其对曲轴主轴颈径向跳动的影响进行了分析,其对滚压校直专家系统的开发有重要意义.介绍了滚压加工与校直机床的研制,以及滚压校直专家系统的开发.     

曲轴感应淬火及残余应力的仿真与试验研究

曲轴在感应淬火时产生应力集中或应力分布不均会导致曲轴变形过大而失效。本文采用有限元方法对曲轴加热和冷却过程及残余应力进行了仿真,并对轴颈显微组织、轴颈淬硬层深度及曲轴残余应力进行了测试分析。结果表明,轴颈淬硬层为细针状马氏体,基体为回火索氏体,表面平均硬度为52.8 HRC,心部硬度为26.0~30.0 HRC,淬火后轴颈表面残余压应力为-154.3~-254.9 MPa;连杆颈淬硬层深度为4.0 mm,过渡圆角处淬硬层深度为2.1 mm。曲轴感应淬火后淬硬层深度预测和残余应力的仿真结果与试验结果基本一致,仿真可预测淬硬层深度。     

滚压有限元模型数值模拟

滚压数值模拟是制定滚压工艺、预测滚压后工件表面残余应力分布,以及判定工件疲劳性能的重要工具。目前的滚压数值模拟主要集中在对曲轴以及回转体的分析,少有的对平面滚压数值模拟中,大多数也只分析了单圈或不到一圈的滚压过程,而且与实际滚压工艺存在较大的区别。为弥补以上不足,该文采用有限元商业软件ABAQUS提供的Explicit模块,并结合python编程语言,开发了更接近于实际的滚压模拟过程;采用该模型研究了滚压力的大小、滚针直径、表面摩擦系数等对于残余应力分布规律的影响,并通过H13钢的滚压实验,对模型模拟结果进行了验证。     

用非表面强化方法提高铸态球铁曲轴的可靠性

在不采用圆角滚压等表面强化处理的条件下，为使铸态球铁曲轴的弯曲疲劳强度和耐磨性达到技术要求，采取了三个措施：（1）通过合金化和优化铸造工艺，使强度和韧性达到最佳匹配；（2）加大连杆轴颈与曲柄臂的过度圆角；（3）增大曲柄臂的厚度，曲轴弯曲疲劳弯曲强度对比试验和300h台架可靠性试验以及25000km道路试验均证明，采用上述措施制造铸态球铁曲轴的方案既降低曲轴成本，又能使曲轴具有足够的弯曲疲劳强度。     

工程机械用类槽钢-引导轮轧制变形规律

借助有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,定性的模拟分析工程机械用类槽钢-引导轮在轧制过程中的变形规律,通过实验室石膏辊轧制橡皮泥实验,对模拟结果进行验证以及对比分析。实验结果表明,类槽钢-引导轮的变形不均匀,主要是类槽钢槽底圆角处的变形速度过大,分布的应力应变较大所致。采用适当增大槽底圆角半径无助于应力应变分布情况的改善,而采用原始孔型设计,则可得到应力应变的最佳结果,得到合格产品。     

7050铝合金二维超声滚压加工残余应力场研究

目的研究二维超声滚压后7050铝合金残余应力场的形成过程和表层残余应力的分布规律。方法利用有限元软件模拟二维超声滚压加工,分析残余应力场的形成过程及表层残余应力的分布规律;采用正交试验方法进行7050铝合金二维超声滚压加工试验,研究工艺参数对表面残余应力的影响规律,并与有限元分析结果相对比,验证有限元模拟的合理性。结果在二维超声滚压加工过程中,7050铝合金表层材料应力随时间先减小后增大,最后趋于稳定,形成残余应力。残余压应力沿滚压深度方向先增大后减小,再转化为残余拉应力。残余压应力层厚度约为1.05 mm,最大残余压应力值约为285 MPa。在相同的工艺参数下,有限元分析结果与试验结果基本吻合。静压力对表面残余应力的形成影响最大,表面残余压应力随静压力的增大而增大。结论二维超声滚压加工使7050铝合金表面发生剧烈的塑性变形,并形成一定深度的残余压应力。铝合金表面残余压应力随静压力的增大而增大,而与转速和进给量无关。     

应用ANSYS5.7软件模拟激光淬火曲轴温度场的研究

介绍了曲轴激光淬火强化技术，采用千瓦级快速轴流式激光器对球铁曲轴进行了激光淬火试验，采用ANSYS5.7有限元分析软件在计算机上再现了曲轴圆角激光淬火过程中内部温度分布的拟实模型，探讨了直接在计算机上优化曲轴圆角激光淬火工艺参数等，分析表明，理论计算结果和实际情况较为符合。     

Prediction model of surface residual stress within a machined surface by combining two orthogonal plane models

The variation of surface residual stress within a machined surface layer caused by face turning was studied. The size of the tool’s corner radius and the feed rate affect residual stress. A process model using the finite element method is proposed and the mechanical effects of the corner radius and feed rate on a machined surface were discussed. When a tool with a small corner radius is used, surface residual stress perpendicular to the cutting direction becomes compression stress. As well, surface residual stress changes from tension to compression as the feed rate decreases. The process model consists of an orthogonal cutting simulation and an indentation-like simulation of a corner radius into a work piece surface. The simulated results show quantitative agreement with the residual stress measured experimentally. The integrity of the machined surface will be controlled more efficiently if the cutting conditions during finishing are determined with the proper consideration of the surface generating process.     

汽车发动机曲轴断裂失效分析

对断裂发动机曲轴断口部位的金相组织、山学性能及轴颈与曲柄过渡圆角处的表面粗糙度进行了测试和分析。结果表明．曲轴轴颈圆角面上的机加工划痕造成局部区域应力集中和开裂．导致曲轴早期疲劳断裂。