发动机曲轴热处理工艺论文提纲

论文题目：汽车发动机曲轴有限元分析及其铸造工艺、材料性能研究

摘要：球墨铸铁具有高强度、高韧性、减振性能好等特点,现已被广泛应用于铁道装备、汽车、重型机械等领域;以铸代锻,以铁代钢能节省生产成本,满足汽车零部件轻量化需求。虚拟样机仿真和有限元仿真技术应用于产品设计研发能减少试验费用、压缩产品研发周期。本文在曲轴结构设计阶段联合使用虚拟样机仿真、有限元仿真分析技术,以仿真代替试验加速产品研发并确保曲轴结构设计的合理性,开发高性能球铁取代传统锻造钢制曲轴,节约成本并实现轻量化设计目标。本课题以C10T三缸发动机曲轴为研究对象,首先对其进行静强度有限元分析提出曲轴所用材质性能目标,再进行铸造工艺设计优化、材料成分优化及球墨铸铁热处理工艺研究,开发了高性能球墨铸铁。联合ADAMS虚拟样机动力学仿真和ABAQUS有限元仿真分析,结果显示:发动机第1,2,3各气缸点火压缩时曲轴承受应力最大,最大von mises应力值分别为100.9MPa,117.3MPa,98.21MPa;强度分析校核结果表明曲轴静强度和疲劳强度均满足设计要求。基于Anycasting对曲轴铸造充型与凝固过程流场与温度场模拟分析,研究发现轴颈处存在热节易产生缩孔缩松,通过加间接冷铁的方式能消除热节和缩孔缺陷,提高铸件质量和合格率;通过调整合金元素Cu、Mn添加量开发了高性能球墨铸铁,Cu、Mn添加量为0.85%~1.15%、0.2%~0.45%时,球墨铸铁抗拉强度820~930MPa,延伸率达4%以上,达到了QT820-3的性能要求,满足了曲轴力学性能要求。

关键词：曲轴;球墨铸铁;多体动力学仿真;有限元分析;铸造工艺模拟

学科专业：材料科学与工程

摘要

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第一章 绪论

1.1 球墨铸铁的发展与应用

1.2 高强度球铁曲轴生产合金元素控制

1.2.1 基本元素控制

1.2.2 常用合金元素选择

1.2.3 微量合金元素

1.3 等温淬火球墨铸铁(ADI)

1.3.1 ADI简介

1.3.2 ADI热处理工艺带

1.3.3 ADI国内外研究新进展

1.4 多体动力学仿真及有限元分析在曲轴结构设计中的应用

1.4.1 ADAMS多体动力学仿真简介

1.4.2 ABAQUS有限元分析简介

1.4.3 虚拟样机动力学与有限元联合仿真在曲轴结构设计中的应用概况

1.5 铸造工艺数值模拟及其应用

1.5.1 Anycasting铸造充型与凝固模拟简介

1.5.2 数值模拟在铸造工艺开发中的应用

1.6 研究背景意义及主要内容

1.6.1 研究背景

1.6.2 主要内容

1.6.3 研究意义

第二章 试验材料与方法

2.1 技术路线

2.2 曲轴用高性能球墨铸铁生产试制

2.3 ADI合金成分选择与热处理试验方案设计

2.3.1 ADI等温淬火热处理试验方案设计

2.3.2 ADI合金成分设计试验方案

2.4 组织与性能检测

2.4.1 力学性能检测

2.4.2 显微组织检测

第三章 发动机轴系动力部件多体动力学仿真及有限元分析

3.1 曲柄连杆机构运动学分析

3.2 基于虚拟样机技术轴系动力部件运动学及动力学仿真

3.2.1 基于ADAMS轴系动力部件运动学及动力学分析

3.3 曲轴各工况下结构强度有限元分析及疲劳寿命计算

3.3.1 基于Abauqs曲轴结构静强度有限元分析

3.3.2 曲轴安全系数校核

3.4 曲轴动态特性(模态)分析

3.4.1 模态分析理论简介

3.4.2 曲轴动态特性有限元仿真及结果讨论

3.5 本章小结

第四章 球铁曲轴铸造工艺数值模拟及工艺优化

4.1 曲轴铸造工艺设计与数值模拟

4.1.1 曲轴铸造工艺设计及铸造充型与凝固过程仿真分析

4.2 铸造工艺优化设计

4.3 试验研究与验证

4.4 本章小结

第五章 发动机曲轴用高性能球墨铸铁组织与力学性能研究

5.1 Cu、Mn添加量对铸态曲轴本体组织的影响

5.2 铸态本体试样合金元素线、面分布规律

5.3 Mn、Cu添加量对球铁曲轴本体力学性能的影响

5.4 本章小结

第六章 热处理工艺与合金成分对ADI组织与性能影响研究

6.1 等温处理工艺对完全奥氏体化ADI组织与力学性能的影响

6.1.1 等温淬火工艺参数对单步ADI组织与力学性能的影响

6.1.2 热处理工艺参数对双步ADI组织与性能的影响

6.1.3 单步与双步等温处理ADI组织与性能比较

6.2 热处理工艺参数对亚温淬火ADI组织与力学性能的影响

6.3 Cu,Ni,Mo添加量对ADI组织与力学性能的影响

6.3.1 Cu,Ni,Mo对铸态球铁组织与力学性能的影响

6.3.2 Cu,Ni,Mo对 ADI组织与力学性能的影响

6.4 本章小结

第七章 结论

参考文献

致谢