基于有限元的汽车发动机连杆锻坯塑性成形新工艺研究

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1、学兔兔www.xuetutu.comIlI5似基于有限元的汽车发动机连杆锻坯塑性成形新工艺研究TheresearchonnewplasticformingprocessofvehicleengineconnectingrodbiiletbasedonFEM王克武WANGKe-wu(连云港职业技术学院机电工程学院，连云港222006)搞要：锻坯的成形方式、初始状态等对于汽车发动机连杆的锻造质量有着极为重要的影响，因此，研究开发锻坯成形新工艺、细化锻坯晶粒、提高其综合性能具有重要使用价值。本文基于型材连续塑性变形理论，提出了发动机连

2、杆锻坯塑性成形新工艺一锻坯挤压工艺。采用数值模拟与理论分析相结合的研究方法，研究揭示了某规格40Cr发动机连杆锻坯挤压过程中挤压力随行程的变化规律、应变场和坯料金属晶粒尺寸的分布规律，该结果将为连杆塑性成形自动化、工艺优化设计与精细化控制提供重要的指导依据。关键词：发动机连杆；塑性成形；锻坯；挤压新工艺中图分类号：TG376．9文献标识码：A文章编号：1009—0134(2013)07(下)一0154—03Ooil10．3968／J．Issn．1009-0134．2013．07(下)．450引言一受设计与精细化控制提供重要的指导

3、依据。发动机发动机连杆一般采用钢锭通过模具反复锻造连杆及锻坯形状尺寸如图I所示。成形，但由于钢锭内存在大量铸造缺陷，如偏析、疏松、夹杂”，因此，研究开发钢坯成形新工艺，在兼顾生产效率的同时，保证连杆锻造质量和提高产品性能具有非常重要的意义。利用锻坯代替钢坯进行连杆锻造，可以破碎钢锭的铸态组织，焊合钢锭内部的疏松、裂纹、气孔等缺陷，改善第二相化合物及非金属夹在物在钢中的分布，在以提高初始状态力学性能的基础上，获图1发动机连杆及其锻坯尺寸规格(mm)得组织细化、性能优越的发动机连杆。因此，利用挤压工艺具有提高金属变形能1有限元模型力

4、、消除金属铸态疏松、焊合孔洞，且结合合理发动机连杆锻坯挤压工模具主要包括挤压温度和变形改善金属组织等优点，提出了发垫、挤压筒和模具，且由于工件和模具均具有对动机连杆锻坯塑性成形新工艺一锻坯挤压工艺，成形，所以构建几何体为实体的112。根据锻坯将原有的(下料一加热一辊锻制坯)工艺优化为尺寸所设计几何模型装配图如2所示。坯料直径(铸坯一加热一挤压一锯切)制坯，并利用挤压D=500ram，长度L=600mm，工作带宽为30mm。工艺成形精度高的优点，进一步提高后续锻造精本次模拟选用相对网格划分方法，坯料金属共划确化。并基于DEFORM

5、一3D有限元软件，采用数分网格约30000。设凹模位置固定不变，挤压垫值模拟与理论分析相结合的研究方法，研究揭示运动速度设为80mm／s，采用New—Raphson迭代算了某规格发动机连杆锻坯挤压过程中挤压力随行法，剪切摩擦模型【5】，摩擦因子f=0．3。设定金属坯程的变化规律、应变场和坯料晶粒尺寸的分布规料与环境的对流系数、与模具接触面传热系数分律，该结果将为连杆塑性成形自动化、工艺优化别为0．02N／(s·m／／1·℃)和11N／(s·m／／l·℃)。收稿日■：2013-05-20作者菏介：王克武(1963一)，男，江苏连云

6、港人，副教授，本科，主要从事机械设计与加工的研究。[154]第35卷第7期2013—07(下)学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.comI违匐似2．3金属损伤1)稳定挤压力曲线在6400-8000吨之间波动，图4给出了连杆坯料挤压过程中平均晶粒尺处于稳态状态，为挤压机吨位的选取提供了参考寸的分布情况，可以看出，随着锻压过程的不断依据。进行，通过模孔的坯料金属平均晶粒尺寸不断得2)模具出口处最为狭窄，坯料金属在挤压垫到细化，而变形程度大的部位晶粒尺寸小，变形的压力作用下不断向模口积聚，塑性变形最为严程

7、度小的部位晶粒尺寸大。这是因为大变形区的重，等效应变大于1．5，尤其连杆坯料外侧等效应位错产生率、位错密度和储存能在变形体中均较变大干2．5。表明坯料外侧等效应变大于内侧，更高，有利于动态再结晶形核，从而导致单位体积有利于破碎晶粒和动态再结晶机制的发生，获得晶界增大，晶粒细化。而该连杆坯料晶粒尺寸较细化组织和高的力学性能。大部位为连杆粗轴孔部位，由于该部位需要进行3)通过模孔的坯料金属平均晶粒尺寸不断得的下一步变形量较大且为机械加工部位，对于整到细化，坯料晶粒尺寸较大部位为连杆粗轴孔部体力学性能影响较小，说明该晶粒尺寸分布是合位

8、，由于该部位需要进行的下一步变形量较大且理的，有利用连杆质量的控制。挤压所得连杆坯为机械加工部位，对于整体力学性能影响较小，料最小晶粒尺寸约为25-30um。说明该晶粒尺寸分布是合理的，有利用连杆质量的控制。挤压所得连杆坯料最小晶粒尺寸约为25-30larfl。