发动机气门热锻模热机复合疲劳失效分析

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）发动机气门热锻模热机复合疲劳失效分析梁娃二〇一五年六月分类号：学校代码：１１８４５ＵＤＣ：密级：学号：２１１１２０２０２３广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）发动机气门热锻模热机复合疲劳失效分析梁姓指导教师姓名、职称：章争荣教授专业或领域名称：材料科学与工程学生所属学院：材料与能源学院论文答辩日期：２０１５年６月ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅ

2、ｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｔｈｅＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｃｉｅｎｃｅ（ｇｇ）ＴｈｅＴｈｅｒｍａ－ｌｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＦａｔｉｇｕｅＡｎａｙｓｉｓ－ＯｎｈｏｔｆｏｒｉｎｄｉｅｆｏｒｅｎｉｎｅａｌｇｇｇｉｒｖａｖｅｓＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＬｉａｎｇＣｈａＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＺｈａｎＺｈｅｎｒｏｎｐｇｇｇＪｕｎｅ２０１５Ｆａｃｕｌｔｙｏｆ

3、ＭａｔｅｒｉａｌａｎｄＥｎｅｒｇｙＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｒ．ＣｈＧｕａｎｚｈｏｕＧｕａｎｄｏｎｉｎａ５１０００６ｇ，ｇｇ，Ｐ，摘要摘要气门是汽车配件中的一个重要零件。气门成形过程中，模具工作环境恶劣其，尤、是凹模Ｒ根部表面区域，由于承受周期性变化的高应力摩擦力和热应力等，使模具表面易发生磨损、拉伤甚至开裂，导致模具寿命降低，增大了气门成形过程中的生产成本，降低了生产效率。因此有必要对气门热锻模成形过程中的受力情况和温度一。分布进行研

4、宄，找到其发生失效的主要原因同时需要寻求种更便捷有效的方式。来准确的预测其寿命状况，为实际生产提供指导本论文以成形气门的失效Ｈ模分析统计数据为基础。通过有限元软件ＭＳＣ．Ｍａｒｃ对不同成形时间和冷却时间下的成形过程进行模拟，并根据结果文件对凹模进行低周疲劳寿命分析。实现以模拟的方法替代具体的实验操作对锻模进行受力分析和疲劳失效分析。最后提出合理的改善措施以提高模具的实际使用寿命并通过模拟进行验证分析。具体研究内容有：１）对工厂的失效模具进行统计。结果表明：四模的主要失效形式有起皱、开裂、拉伤

5、、变形等；失效基本都发生在凹模的Ｒ部位；凹模的平均寿命在１１００次左右。通过显微电镜、ＳＥＭ扫描电镜对取样进行失效分析，分析结果表明失效发生的主要原因是凹模Ｒ部位产生了接触疲劳、冷热疲劳、疲劳裂纹和磨损等。２ＳＣ－）通过．Ｍａｒｃ对气门成有限元软件Ｍ形过程进行热机親合模拟分析，研究成形过程中凹模的应力、应变、温度变化情况，并研究了不同成形时间和冷却时间对凹模受力和温度的影响。结果表明：高应力和髙温度主要集中于凹模的Ｒ部位，最大值分别为１３００ＭＰａ和５０（ｒＣ左右；成形时间的长短对温度的影响较小，应力值

6、则随着成形时间的延长而下降，在Ｉｓ时得到最小值；冷却时间的长短对内应力值的影响较小，温度则随着冷却时间的延长而降低，在超过１０ｓ后下降趋势较小。３ＭＳＣ．Ｆａｔｉｕｅ）根据模拟所得结果文件通过ｇ软件对凹模进行热机复合疲劳寿命分析。研究了不同成形时间和冷却时间下凹模的疲劳寿命情况。结果表明：低寿命区集中于凹模的Ｒ部位，最低疲劳寿命值为１１５１次；随着成形时间的越长凹模疲劳寿命呈上升趋势，直到Ｉｓ后疲劳寿命无明显变化１０ｓ；冷却时间在内时寿命值相差不大１０ｓ，超过后疲劳寿命值反而所有降低。一一４）为

7、提高凹模寿命，根据统强度理论重新设计了套组合凹模，并通过有限。元软件进行模拟分析结果表明：组合凹模间合理的过盈配合能有效提高模具的疲Ｉ广东工业大学硕士学位论文１８８９，与整劳寿命，改善后凹模的疲劳寿命提高至次体凹模的疲劳寿命值相比提高６０％左右。：关键词气门热锻模；疲；组合凹；热机稱合劳寿命模ＩＩＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＶａｌｖｅｉｓａｎｉｍｏｒｔａｎｔａｒｔｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅａｒｔｓ．Ｄｕｅｔｏｓｕｆｆｅｒｃｃｌｉｃａｌｃｈａｎｅｓｏｆｐｐ

8、ｐｙｇｈｉｇｈｓｔｒｅｓｓｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｈｅａｔｓｔｒｅｓｓｍｏｌｄｓｕｒｆａｃｅｅｓｅｃｉａｌｌｔｈｅＲｒｏｏｔｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｏｆ，，ｐｙｌｏｗｅｒｄｉｅｉｓｒｏｎｅｔｏｗｅａｒａｎｄｔｅａｒｉｎｕｒａｎ