曲轴轴承座_连杆激光加工裂解槽的组织与胀断性能_寇淑清

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发动机缸体主轴承座裂解槽裂尖应力应变场研究

发动机缸体主轴承座裂解槽裂尖应力应变场研究
验 验证 。
另外 , 还有 一 附加条 件


m a x≥ Tc

式中: 口 —— 裂尖 最大 主应力 ;
— —
裂尖 等效 应力 ;
收 稿 日期 : 2 0 1 6年 1 2月 2 7日
本 质上是 借 助材料 的脆性 , 预先加 工初 始 裂纹 源 , 施加
垂直于断裂面的正应力 , 使 其 在 裂 纹 源处 , 产 生 微 裂
纹, 裂纹 扩展后 , 达 到零件 剖分 的 目的 。这 种加 工 工艺
具有 : 加 工工序 少 、 制造精 度 高 、 设备 投 资小 、 生 产成 本
中图 分 类 号 : TK 4 0 6 文献标识码 : A 文章编号 : 2 0 9 5 — 5 5 5 3( 2 0 1 7 )0 2 — 0 0 5 2 一 O 6
杨丹 , 寇 淑 清 .发 动 机 缸 体 主 轴 承 座 裂解 槽 裂 尖应 力 应 变 场 研 究 [ J ] .中 国农 机 化 学 报 , 2 0 1 7 , 3 8 ( 2 ) : 5 2 ~5 6 ,9 4
不 同 一 。
2 )临界 正应 力条 件
d y ≥d f
式中: —— 裂尖 主应力 ;
,— —
裂 解工 艺 中人 为 加工 的初 始 裂 纹 源 称 为 裂 解槽 ,
解 理 断裂应 力 。
从 多年 连杆 裂解 研 究 经 验 得 知 : 裂解 槽 的参 数 对 裂 尖
是金 属在 正应 力作 用 下 , 由于 原 子 结合 键 破 坏 而 造 成
的沿解 理 面快 速分 离 的过 程 , 是 一 种 脆 性 断 裂 。对 于 缺 口试 样 的解理 断裂 , 需要 满足 双判 据 。

西安石油大学机械工程学院导师简介

西安石油大学机械工程学院导师简介

西安石油大学机械工程学院导师简介朱林,男,1958年9月出生,重庆人。

工学硕士,教授、硕士生导师。

1982年7月毕业于南京理工大学机械制造专业,获工学学士学位;1988年4月毕业于中北大学机械制造及其自动化专业,获工学硕士学位;2009年10月至2010年4月获国家留学基金委资助赴德国勃兰登堡工业大学做访问学者半年。

1982年9月开始在西北光学仪器厂工作。

1988年4月至今在西安石油大学机械工程学院工作,现任机械工程学院院长、教授、硕士导师。

长期从事先进制造技术的教学与研究工作。

承担《数控加工及编程技术》、《机电一体化系统设计》、《现代切削理论基础》、《孔加工技术》、《金属切削原理》等10门课程的教学,是西安石油大学“机械设计制造及其自动化”国家级特色专业负责人,陕西省“机电工程”教学团队负责人,主持承担省部级高等教育教学改革研究项目,曾获省部级教学成果二等奖。

承担并完成了国家自然科学基金项目“偏心径向刃及偏心折线刃钻头”和重大横向科技项目等30余项,共计经费1400万元。

其中“偏心径向刃及偏心折线刃钻头”获得省部级科技进步一等奖1项,发明专利1项;第一作者发表论文50余篇,其中SCI、EI收录10篇;参编出版专著2部,第一作者出版教材2部,其中主编的《机电一体化系统设计》教材获陕西省优秀教材二等奖。

兼任中国机械工业金属切削刀具技术协会切削先进技术研究分会理事、全国高校制造技术及机床研究会理事、《石油矿场机械》编委。

1997年入选陕西省“三五人才”;1998年被中国石油天然气总公司确定为跨世纪学术技术带头人。

彭勇,男,1961年1月出生,湖南长沙人。

工学硕士,教授、博士生兼职导师。

1982年7月毕业于西南石油学院矿场机械专业,获工学学士学位;1988年6月毕业于大庆石油学院石油天然气机械工程专业,获工学硕士学位。

1982年月8月开始在西安石油学院机械系工作。

1993年4月晋升副教授,1998年12月晋升为教授。

连杆裂解加工新技术与装备

连杆裂解加工新技术与装备

装配。上述 工艺不仅要对连杆体和 盖的结合面进
裂解槽
行拉削、铣削和磨削 ,还要钻、铰连杆 盖上的定位 ห้องสมุดไป่ตู้
销孔和连杆体的螺栓孔 ,才能实现连杆本体与连杆
盖的精确合装。这 不仅需要较多的精 加工机床 、十 几道工序 ,还要耗 费大量 的加工工时。又由于螺栓
图 1 裂 解 加 工 技 术 原 理
口呈现脆性断裂特征 。按裂解加工技术要求,可用 比,当裂纹大 于临界深度时裂纹 失稳,但考虑裂解
于连杆裂解 的材料基本有粉末烧结材料 、高碳钢 、 后要进行连杆大头孔 的精加工,故槽深尺 ‘ f 不能太
球 墨铸铁及 可锻铸 铁 。前 两种应 用 比较广泛 , 如 大 。综合考虑大头孔精镗 、珩磨余 量,一般裂解槽 C 0 6 高碳微合金非调质钢 ,金相组织为珠光体加 深不大于 0 ~07 m。此外 ,连杆大头孔 中心处两 7S . . 6 m
1 裂解J . mm技术原理及经济性

| I }
成本低、生产率高 等显著优点。此外 ,断裂剖分的 结合面凸凹不平 ,大大提高 了接触面积 ,可使连杆
在断裂过程中,裂纹表面通常有三种位移形式, 承载能力、抗剪 能力、杆、盖的定位精度 、装配质 即张开型、前后滑移型和平面剪切型 。当物体受到 量大幅度提 高,对提高发动机整体生产技术水平具 垂直于断裂平面的拉应力时,会发生低应力脆性断 有重要作用 。图 2给 出了传统加工与裂解加工在螺 裂,即张开型断裂。其特点是断裂时承受的工作应 栓孔结构设计和加 工工艺上的比较。
粗 钻 倒 角 扩孔



枪 铰 攻丝



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外文翻译-- 发动机曲轴箱轴承座裂解加工数值分析

外文翻译-- 发动机曲轴箱轴承座裂解加工数值分析

毕业设计(论文)外文资料翻译学院(系):机械工程学院专业:机械工程及自动化姓名:学号:外文出处:Numerical analysis on fracture Splitting(用外文写)technology of bearing block of engine附件: 1.外文资料翻译译文;2.外文原文。

注:请将该封面与附件装订成册。

附件1:外文资料翻译译文发动机曲轴箱轴承座裂解加工数值分析预先精确计算裂解力参数,对于裂解设备设计及工艺过程的制定至关重要。

应用MSC. MARC 软件对捷达轿车发动机主轴承座(以Ru T380 材料为例) 起裂过程进行数值模拟,得出了裂解力与J 积分的关系曲线。

根据J 积分值与断裂韧性的关系,确定了临界J 积分,采用线性插值的方法获得了裂解力,并进行了实验研究。

实验结果表明:此方法也适用于不同结构、不同材料的其他分体类零件裂解加工时裂解力的确定。

裂解技术是分体类零件加工领域中一项新型加工工艺,其本质是利用材料的脆性,在人为制造裂解源的前提下,通过外力使其断裂,达到剖分体分离的目的,这就要求材料和结构既要满足零件的机械力学性能和使用寿命,又要适合裂解工艺的要求且要保证裂解质量。

汽车发动机曲轴箱轴承座的加工与连杆轴承孔的加工在结构、工艺流程方面都适合于裂解工艺。

发动机缸体多采用优质灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等制造,都具有良好的脆性和机械加工性能,适合于裂解加工工艺并容易加工裂解槽。

曲轴箱轴承座具有多个轴承孔结构,因此裂解设备需要具备裂解多个轴承孔的能力。

所以发动机曲轴箱轴承座较之连杆轴承孔更适合于裂解工艺,工艺更加复杂,效益更加明显。

作者应用MSC. MARC 软件对捷达轿车发动机曲轴箱轴承座(以Ru T380 材料为例)起裂过程进行数值模拟,从而确定裂解加工中合适的裂解力参数,并进行了实验验证。

裂解加工的原理是通过在曲轴箱轴承孔中心处设计并预制缺口(初始裂纹槽) ,形成应力集中,再主动施加垂直于预定断裂面的载荷进行引裂,当满足发生脆性断裂的条件时,在几乎不发生塑性变形的情况下,在缺口处规则断裂,实现轴承座体与盖的无屑断裂剖分[5 ] ,如图1 所示。

具有开槽与清根功能的铣头的研制

具有开槽与清根功能的铣头的研制

2020年第12期冷加工36机床/附件/工装Machine Tools/Accessories/Fixture具有开槽与清根功能的铣头的研制■■齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司 (黑龙江齐齐哈尔 161005) 王哲元摘要:针对液体火箭发动机喷管冷却槽加工精度难保证与效率低的难题,在已开发的加工工艺和加工系统的基础上,重点研发了一种具有开槽与清根功能的铣头,通过调用自动开槽与清根程序,完成零件的加工。

在实际生产过程中,实现了自动化加工,加工后的喷管槽宽、槽深及深度尺寸误差均控制在公差范围内,零件合格率提升,加工效率提高了30%。

关键词:喷管冷却槽加工;开槽;清根;铣头喷管作为液体火箭发动机关键部件,具有薄壁、沟槽数量多及母线线型复杂等特点,致使各条槽加工精度的一致性难保证。

为了提高喷管加工效率和加工质量,研制一种具有开槽及清根功能的铣头,有效解决了喷管开槽数量大、加工效率低和加工精度低的难题。

1. 工件的加工特点图1中的锥型回转体是要加工的对象,需要在外圆表面上加工出上百条宽度只有几毫米的沟槽。

该沟槽上部开通,下部并没有开通,但要求是清根槽,只能使用小直径圆柱立铣刀来加工,而刀具直径太小,刚性很差,切削状况不好,加工效率低,远远无法满足生产要求。

针对该情况,研制了一种具有开槽及清根功能的铣头,很好地解决了这一问题。

该铣头配有相互独立的两套主轴,分别装夹圆盘铣刀及圆柱立铣刀,加工时先用圆盘铣刀开槽,但在出槽的下部有一小部分残留高度无法加工,这时将铣头转180°,使用圆柱立铣刀加工残留高度,如图1所示。

两种刀具结合使用,充分发挥圆盘铣刀效率高及圆柱立铣刀(圆柱立铣刀的轴线可绕A轴旋转,实现对不同曲率工件的法向加工)能清根图1 铣头加工示意栏目主持:李亚肖2020年 第12期冷加工37机床/附件/工装Machine Tools/Accessories/Fixture的优势。

图1中开槽铣刀中心到联接体中心线的距离L 1与清根铣刀轴线到联接体中心线的距离L 2相等,工件锥度或外母线曲率变化时,可调整A 轴角度来改变电主轴的轴线方向,实现法向加工。

曲轴轴承座_连杆激光加工裂解槽的组织与胀断性能_寇淑清

曲轴轴承座_连杆激光加工裂解槽的组织与胀断性能_寇淑清

C Si Mn P S Al Cr Mo Ni V
C70S6
0.72 0.21 0.48 0.008 0.064 ≤0.01 0.10 ≤0.03 0.05 0.04
灰铸铁
3.2 1.18 1.1 0.082 0.055
- - - - -
实验在自主研 发 的 LNM-3 型 裂 解 槽 激 光 加 工数 控 机 床 上 [8] 进 行,见 图 1。 峰 值 功 率、脉 宽、 频率、速度均可调,其 Nd∶YAG 脉冲固体激光器 最大脉冲功率为3.2kW,输出功率为60~75 W。
C70S6微合金非调质钢以其优良的裂解性 能 广 泛 应 用 于 连 杆 生 产 中 ,属 于 韧 性 材 料 ,仅 在 德 国 就有60 多种发动机连杆采用该种材料,是最早在 室温条件下采用裂解加工的锻钢连杆材料。发动 机箱体曲轴轴承座在结构形式上与连杆有相似之 处 ,其 由 本 体 与 盖 体 两 部 分 合 装 而 成 ,二 者 用 螺 栓 连接,轴承孔 有 较 高 加 工 精 度 要 求。 发 动 机 箱 体 常用 的 材 料 是 灰 铸 铁,灰 铸 铁 价 格 便 宜、易 成 形、 吸振、耐磨、硬度高、脆性大[2],属于脆性材 料。 奔 驰、菲亚特等轿 车 的 发 动 机 箱 体 都 由 灰 铸 铁 铸 造 而成。
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notch.The organization is obviously refined.The micro-hardnesses of melting zone and the solid phase transition zone of ductile/brittle materials approximately are 820/850 HV and 860/550 HV,re- spectively,which are higher than that of the substrate,and show a remarkable hardening effect.The ductile tearing phenomenon can not be seen in the C70S6steel notch root zone.The ductile/brittle material fracture shows the brittle fracture characteristic,which satisfies the fracture splitting techno- logical requirement. Key words:ductile/brittle materials;fracture notch;pulsed laser;microstructure;brittle fracture

激光加工对连杆涨断的影响

激光加工对连杆涨断的影响

激光加工对连杆涨断的影响姬满昌【期刊名称】《金属加工:冷加工》【年(卷),期】2010(000)018【总页数】2页(P46-47)【作者】姬满昌【作者单位】米其林沈阳轮胎有限公司,辽宁,110141【正文语种】中文发动机连杆涨断加工技术是目前国际上连杆生产的新技术,有着传统连杆加工方法无可比拟的优越性,其加工工序少,加工设备少,设备占地面积小,节材节能,生产成本低。

此外,连杆涨断技术还可使连杆承载能力、抗剪能力、杆与盖的定位精度、装配质量大幅度提高,发动机生产技术水平和整机性能也相应提高。

连杆的涨断加工工艺是把连杆盖从连杆本体上断裂而分离开来。

它不是用铣、锯或拉等传统切削加工方法,而是对连杆大头孔的断裂线处先加工出两条应力集中槽,然后由楔形的压头进入连杆大头孔,连杆大头孔与压头之间还有一对半圆套筒。

当压头移动时对连杆大头孔产生径向力,这样就使其在应力槽处出现裂缝,在径向力的继续作用下,最终把连杆盖从连杆本体上涨断而分离出来。

采用涨断工艺加工的连杆,它们的分离面是最完全的啮合,所以没有分离面及螺栓孔加工误差等的影响。

1.问题描述我公司购买的德国ALFING机床公司的五工位组合机床,采用了激光方法切割应力槽(见图1)。

在激光切割的凹槽处形成应力集中,从而为连杆的涨断打下很好的基础。

并且激光加工连杆大头孔的两条应力槽,可保证两个应力槽的形状一致,使连杆大头孔在涨断后的变形一致。

图 1ALFING机床公司研究表明,连杆大头孔在涨断后圆度和楔力,与大头孔预加工的应力槽有关。

应力槽的深度大,则连杆大头孔在涨断后变形小及涨断时楔力小。

但是,应力槽深度不能太深,否则在最后精镗大头孔时会镗不掉,建议为0.5mm左右,在设备安装时也采用此参数进行调试,所以工艺参数要求激光切槽深度为(0.5±0.1)mm,宽度为0.2mm,并且图样要求涨断后颗粒损失不大于3.0mm2,但在批量生产的过程中,出现了因涨断颗粒损失大而导致废品率高的现象。

断裂面缺损定量分析及其对连杆强度的影响

断裂面缺损定量分析及其对连杆强度的影响

断裂面缺损定量分析及其对连杆强度的影响石舟;寇淑清【摘要】借助连杆裂解实验获得断裂接合面,利用逆向工程重构断裂面,建立带缺损的连杆模型,实现连杆断裂面缺损定量描述.探究不同尺寸、不同位置的缺损对连杆强度的影响,以此为依据制定加工中相关技术标准.通过模拟得出:随缺损尺寸增加,连杆承受的应力逐渐增加,连杆强度降低.缺损面积越大,其对连杆应力的影响越显著.同尺寸缺损当其位于接合面内部时,连杆的等效应力大于其位于接合面边缘,即内部缺损带来的危害高于边缘缺损.为保证连杆强度,缺损尺寸应满足:边缘缺损,当1.5 mm<b<2.5 mm时,a≤-1.125b+5.0875;面内缺损,当1.4mm<b<2.1mm时,a≤-1.143b+4.8.【期刊名称】《东北大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】6页(P82-87)【关键词】连杆裂解;断裂面;缺损;定量描述;强度;控制标准【作者】石舟;寇淑清【作者单位】吉林大学辊锻工艺研究所, 吉林长春 130025;吉林大学材料科学与工程学院,吉林长春 130025;吉林大学辊锻工艺研究所, 吉林长春 130025;吉林大学材料科学与工程学院,吉林长春 130025【正文语种】中文【中图分类】TK406采用裂解加工生产连杆,其断裂分离后的三维凹凸面直接取代传统机加工平面,实现连杆体与盖装配过程中的三维精确定位[1-2].连杆在裂解加工中会产生各种缺陷,对断裂质量进行分析与检测是传统加工工艺中未曾涉及的新问题.断裂面缺损是断裂剖分产生的主要缺陷之一,不仅影响连杆产品外观,而且减少接合面面积,影响连杆承载能力及啮合精度,降低组件强度[2-3],因此在连杆裂解加工中需加以控制.定量分析裂解连杆断裂面缺损对连杆使用性能的影响,并以此制定连杆裂解加工的相关控制标准,对保证装配精度及产品质量极为重要.目前,对于可见边缘缺损,主要参考同行数据对其极限尺寸加以限制,生产中由于面内缺损啮合后不可见,且缺少参考数据,仍无相应的控制标准[4-5].本文将连杆裂解实验、三维曲面重构技术及有限元模拟相结合,借助连杆裂解实验获得断裂接合面,通过逆向工程进行断裂面重构,根据生产中常见缺损形态,在断裂面上设置缺损,进而建立带缺损的连杆模型,实现裂解面缺损的定量描述,从保证连杆强度角度,探究不同尺寸、不同位置的断裂面缺损对连杆的影响,并确定相关的尺寸控制标准.1 连杆裂解加工及易致缺陷1.1 连杆裂解加工过程选自某轿车连杆为分析样件,大、小头孔直径分别为43,18 mm,中心距为133 mm,连杆材料为C70S6,热锻制坯,锻后采用空气控制冷却,杆部取样测得材料力学性能参数如表1所示.表1 C70S6材料力学性能参数Table 1 Mechanical performance parameters of C70S6材料弹性模量E/MPa泊松比μ屈服强度Re0.2/MPa抗拉强度Rm/MPaC70S62.1E50.33578932连杆裂解加工三道关键工序:1) 采用自制LNM-3型激光切割设备预制裂纹槽,见图1a.在连杆大头孔内接合面位置加工两条对称切口,人为制造应力集中源.激光加工参数为:峰值功率2.8 kW,脉冲时间0.4 ms,脉冲频率45 Hz,切割速度15 mm/s.2) 在自制裂解设备上进行连杆胀断.通过楔形拉杆推动胀套水平运动,在大头孔内施加垂直于理论断裂面的水平载荷,缺口根部形成高应力,继而产生裂纹.随胀断载荷增大,缺口根部裂纹启裂,并快速定向扩展,实现连杆本体与连杆盖低耗能无屑断裂分离,如图1b所示.3) 按要求的扭矩与转角对断裂剖分连杆装配螺栓,如图1c所示,并进行后续精加工(精镗大、小头孔,压衬套等).图1 裂解加工过程Fig.1 Fracture-split process(a)—加工裂解槽; (b)—剖分过程; (c)—装配螺栓.1.2 裂解连杆缺陷及常见断面缺损在连杆裂解加工三道关键工序中均可能产生加工缺陷,如裂解槽加工中出现两条切口深浅不一、位置不对称等;胀断剖分中形成断裂线偏移、缺损、大头孔失圆等;装配螺栓中产生错位、夹渣及扭矩超差等.其中,有些缺陷保留至最终连杆产品,有些可在后续加工中清除掉.在有缺口连杆脆性断裂过程中,断裂面表层会发生小块金属剥落而形成断裂面缺损;也可能出现颗粒半脱落(半粘连)现象,俗称夹渣,对此要在装配螺栓前人为除去夹渣, 也造成断裂面缺损.缺损主要发生在断面内部和外缘.面内出现的缺损装配螺栓后不可见;外缘出现缺损时,形成外轮廓爆口[5].由于后续加工中连杆断裂面及外缘不再加工,因此面内缺损及边缘缺损将保留在连杆产品上.断裂面缺损形态、尺寸各异,如图2所示.技术要求尚无国家和行业标准,目前企业仅依靠经验或参考同行数据,对外缘缺损提出不同程度的技术要求,具体是采用限制爆口长、宽两极限尺寸,要求爆口尺寸x×y≤2.5 mm×1.5 mm[6],见图2.图2 常见断裂面缺损及其描述形式Fig.2 Common fracture surface defects and their description forms(a)—面内掉渣; (b)—外轮廓爆口.2 含常见断裂面缺损的连杆几何建模前期基于逆向思维采用三角面片法重构断裂面,目的是估算断裂面面积[7],并不能用于连杆强度分析.即使同一款连杆断裂面形态也不完全相同,但针对同种材料产品,采用相同的裂解加工工艺,其断裂面具有相似的结构形貌.对其进行分析,对同类产品的分析、设计具有普遍意义.对裂解连杆尤其是含断裂面缺损的裂解连杆进行数值分析时,几何模型构建的关键在于断面重构及断面缺损的处理,前者重在断裂面数据采集及曲面构造,后者在于缺损描述.2.1 断面数据采集为达到对断面定量描述的精度,首先要获取高质量的点云数据.鉴于连杆断裂面形貌特征及重构精度要求,运用3500型PRO CMM高速光学仪器采集连杆断面点云数据,连杆断面取自1.1节连杆裂解实验.断裂面及扫描后的点云数据见图3.图3 断裂面及点云数据Fig.3 Fracture surface and point cloud data2.2 数据处理数据测量过程会受环境光、图像处理算法、被测零件几何拓扑及光学遮挡等影响,不可避免地产生随机误差[8],这些误差点会影响重构断裂面的真实程度.因此需进一步优化点云数据,将偏离主点云的孤点、重叠点以及噪音点删除.2.3 构造NURBS曲面过多的点云数据不利于参数化建模,需构造多边形曲面片.NURBS具有强大形状定义功能,相比传统网格建模其能更好地控制物体表面的曲线度,创建出更逼真的造型[9].根据四边域参数拟合曲面,调整曲面的节点矢量和权因子,利用参数u和w创建曲面的节点矢量,将多边形曲面片拟合成NURBS曲面,如图4所示,将创建的NURBS曲面导入CAD,在断裂面的基础上建立连杆三维分析模型.图4 NURBS曲面及连杆三维模型Fig.4 NURBS surface and 3D model of the connecting rod2.4 断裂面缺损定量描述目前企业惯用的爆口尺寸限制来源于外观考虑,尚无对连杆使用性能影响的依据;而面内缺损因其在连杆合装后不可见并未考虑和加以限制,也不进行检测.事实上,爆口不仅影响产品外观,同面内缺损一样,减小接合面面积并影响啮合,进而影响连杆和大头盖接合面的承载能力.定量分析连杆断裂面缺损对于连杆使用性能的影响远较外观更重要.因此,对于加工中断裂面缺损(面内与外缘)的限制应首先基于对使用性能影响的分析结果.缺损随机产生,形状、尺寸、位置不尽相同,与连杆品种(材料、尺寸)、切槽方法、缺口加工质量、断裂加工中的加载、装卡与约束都有关系,具有偶然性且不规则.为分析断面缺损对连杆强度的影响,建模中需对缺损进行统一的数学描述.基于图2所述缺损形态及检测惯例,在图4连杆三维模型的基础上,建立以不等边椭球描述的缺陷模型,椭球长、短轴(a,b)变化代表缺损尺寸变化,由于缺损一般在厚度方向尺寸较小,故定其尺寸c=1 mm保持不变.根据缺损的位置,分别建立边缘缺损(外轮廓爆口)和面内缺损(面内掉渣)两种裂解连杆模型,如图5所示.从连杆使用性能角度分析,确定缺损面积和极限尺寸对连杆强度的影响规律,为制定技术要求提供依据.图5 有缺损连杆建模Fig.5 Model of the connecting rod with defect(a)—边缘缺损; (b)—面内缺损.3 有缺损裂解连杆强度分析在发动机运行过程中,气缸内的最大爆发压力是惯性力的7~10倍[10].为方便计算,仅取连杆受力状态最恶劣的点火上止点(最大爆压工况),对带有不同尺寸缺损的裂解连杆进行强度分析.认为连杆在点火上止点时满足强度要求,则连杆在整个工作工程中均满足强度要求.3.1 接触与边界条件设置连杆受力主要有气体作用力、惯性力、螺栓预紧力及小头与衬套、大头与轴瓦的过盈力,边界条件如图6a所示.连杆在工作中属运动构件,在进行静力学分析时消除其刚体位移,限制曲柄销所有的自由度.图6b为连杆组件接触设置:衬套与小头孔、曲轴与大头定义过盈接触,连杆盖与螺栓定义摩擦接触,连杆与螺杆定义绑定接触,连杆盖与连杆采用完全粗糙接触,接合面无滑动自由度.图6 边界条件与接触设置Fig.6 Boundary conditions and contactsettings(a)—连杆载荷设置; (b)—接触设置.3.2 裂解连杆静强度分析图7为缺损尺寸2.5 mm×1.5 mm(经验极限尺寸)的裂解连杆等效应力分布情况.可以看出连杆的最大应力出现在接合面上,且靠近缺损位置.在此尺寸下,无论缺损(矩形框内为缺损位置)位于接合面边缘还是接合面内部,连杆的最大应力均低于400 MPa,远低于材料的屈服极限,由此可知,带有2.5 mm×1.5 mm缺损的连杆可以正常使用,目前应用中设定的缺损标准并不合理.为进一步探究不同缺损尺寸与连杆应力的关系,应用ANSYS workbench优化分析模块,建立多组带缺损的连杆有限元模型,见表2,分析不同缺损尺寸下连杆等效应力情况.图7 连杆等效应力分布Fig.7 Equivalent stress distribution of the connecting rod(a)—缺损位于边缘; (b)—缺损位于内部.表2 缺损尺寸Table 2 Defect sizes 缺损位置缺损尺寸/mm边缘2.2≤a≤3.41.2≤b≤2.4内部2.2≤a≤3.41.2≤b≤2.4图8为缺损半径变化对连杆应力的影响.从图8a可看出,当缺损短轴为定值1.5 mm时,长轴尺寸由2.2 mm增加到3.4 mm,连杆等效应力先小幅减小后明显增加;同等尺寸的缺损,其位于接合面内部时连杆的应力高于其位于接合面边缘.由图8b 可看出,当缺损长轴为定值2.5 mm时,短轴由1.2 mm增加到2.4 mm,连杆等效应力逐渐增加;同尺寸下,缺损位于接合面内部时连杆的应力大于缺损位于接合面外缘.总结得出:当长轴和短轴其一为定值时,随着缺损面积增加,连杆应力增加.面内缺损对连杆强度的影响大于边缘缺损:一方面当缺损位于边缘时,实际作用于连杆上的面积小于其位于内部;二是当缺损位于边缘,相当于存在外部缺口,相比于同尺寸的内部缺损能够释放一部分应力集中,故内部缺损带来的危害高于边缘缺损.上述分析中缺损一轴为定值,但在实际中,缺损长轴与短轴的尺寸变化任意、无联系.为此建立缺损长轴与短轴变化和连杆应力三者之间的关系,探究当两轴同时、任意变化时,缺损对连杆强度的影响.图8 缺损半径变化对连杆应力的影响Fig.8 Influence of defect radius change on the stress of the connecting rod(a)—短轴b为定值1.5 mm;(b)—长轴a 为定值2.5 mm.图9为缺损长轴、短轴与连杆最大等效应力三者之间的关系,其中短轴变化范围1.2 ~2.4 mm,长轴变化范围2.2~3.4 mm.图9a为缺损位于接合面内部时连杆的应力,可看出,随长轴与短轴的增加,连杆最大等效应力逐渐增加.图9b为缺损位于接合面外缘时连杆的应力,随长轴与短轴增加,连杆最大等效应力先小幅减小后大幅增加,说明缺损面积越大对连杆应力的影响越显著.图9表明,随缺损长轴与短轴尺寸的增加,连杆等效应力的总体变化趋势逐渐增加,即连杆强度逐渐减小.依据连杆材料的屈服极限578 MPa,做应力等值线AB,CD,见图9,等值线以下的部分连杆应力小于屈服极限.将等值线向底部投影,获得等值线以下区域缺损尺寸,如图10所示,A,B为面内缺损的两极限点,C,D为边缘缺损的两极限点.CD线以下区域为许用边缘缺损尺寸范围,AB线以下区域为许用面内缺损尺寸范围.可看出,连杆尺寸需满足:边缘缺损,当1.5<b<2.5时,a≤-1.125b+5.087 5;面内缺损,当1.4<b<2.1时,a≤-1.143b+4.8.在上述范围以内的缺损尺寸满足连杆使用强度要求.图9 连杆等效应力随缺损尺寸变化情况Fig.9 Equivalent stress of the connecting rod varying with defect sizes(a)—缺损位于内部; (b)—缺损位于边缘.图10 缺损尺寸范围Fig.10 Defect size range4 结论1) 通过裂解实验获取连杆断裂接合面,利用逆向工程,重构断裂面,根据生产中常见缺损形态,在断裂面上设置缺损,建立了带缺损的裂解连杆模型,实现断裂面缺损的定量描述.2) 随缺损尺寸的增加,连杆应力逐渐增加,连杆强度降低;同尺寸下,缺损位于接合面内部时连杆承受的应力大于其位于接合面外缘,即内部缺损带来的危害高于边缘缺损.缺损面积越大,裂解连杆强度越低.结果表明,生产加工中限定外缘尺寸的技术要求并不合理,而面内缺损带来连杆强度降低问题远比外观影响更重要.3) 在保证裂解连杆强度的条件下,该轿车连杆缺损尺寸需满足:边缘缺损,当1.5 mm<b<2.5 mm时,a≤-1.125b+5.087 5;面内缺损,当1.4 mm<b<2.1 mm 时,a≤-1.143b+4.8.对比生产中常用轿车连杆外缘爆口要求(x×y≤2.5 mm×1.5 mm),从连杆安全性考虑,该技术要求可适当放宽.参考文献:【相关文献】[1] Wang B,Li M,Yang Y,et al.Note:double-beveled multilayer stagger-split die for a large volume high-pressure apparatus[J].Review of Scientific Instruments,2015,86(8):086106.[2] 杨宏宇.连杆断裂剖分过程数值模拟及主要裂解缺陷分析[D].长春:吉林大学,2014.(Yang Hong-yu.Numerical simulation of connecting rod fracture process and analysis on main fracture splitting defects[D].Changchun:Jilin University,2014.)[3] Fukuda S,Eto H.Development of fracture splitting connecting rod[J].JsaeReview,2002,23(1):101-104.[4] Yang H,Kou S,Gao W,et al.Analysis on technology and defects of fracture splitting of automobile engine connecting rod[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part B:Journal of Engineering Manufacture,2015,229(9):1603-1613.[5] Gu Z,Yang S,Ku S,et al.Fracture splitting technology of automobile engine connecting rod[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2005,25(9):883-887.[6] 寇淑清,杨宏宇,赵勇,等.裂解连杆断裂面三维重构与缺损尺寸分析[J].东北大学学报(自然科学版),2014,35(4):574-578.(Kou Shu-qing,Yang Hong-yu,Zhao Yong,et al.3D reconstruction and defect dimension analysis of fracture surface for fracture splitting connecting rods[J].Journal of Northeastern University(Natural Science),2014,35(4):574-578.)[7] Shi Z,Kou S Q.Inverse reconstruction of fracture splitting connecting rod and its strength and fatigue life[J].Journal of Failure Analysis and Prevention,2018,18(3):619-627.[8] Wang B,Li M,Yang Y,et al.Numerical simulation of multilayer stagger-split die and experiment on the bearing capacity[J].High Pressure Research,2015,35(4):388-395. [9] Hughes T J R,Cottrell J A,Bazilevs Y.Isogeometric analysis:CAD,finiteelements,NURBS,exact geometry and mesh refinement[J].Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering,2005,194(39):4135-4195.[10] Keita O,Hedhli T,Bessrour J.Model for dynamic behavior of the crankshaft of an air cooled diesel engine subjected to severe functioning[J].International Journal of Automotive Technology,2014,15(5):823-833.。

我校一项省科技发展计划重大项目通过鉴定

我校一项省科技发展计划重大项目通过鉴定

我校一项省科技发展计划重大项目通过鉴定
佚名
【期刊名称】《吉林大学学报:工学版》
【年(卷),期】2007(37)3
【摘要】由我校辊锻工艺研究所杨慎华教授和寇淑清教授共同主持的吉林省科技发展计划重大项目“发动机连杆裂解槽激光加工自动化机床研制”日前通过吉林省科技厅组织的专家鉴定。

鉴定委员会认为,该项目技术方案新颖,主要技术参数先进合理,工作过程稳定可靠。

该成果属国内首创,在发动机连杆裂解槽激光加工工艺与装备的研究设计方面达到了国际同类技术的先进水平。

【总页数】1页(P568-568)
【关键词】重大项目;科技发展;专家鉴定;发动机连杆;技术参数;加工自动化;辊锻工艺;稳定可靠
【正文语种】中文
【中图分类】G322.21
【相关文献】
1.我校主持的省科技计划产学重大项目顺利通过验收 [J], 无;
2.山东省科技发展计划“赤藓糖醇清洁生产技术的研究与推广”等4项科技成果顺利通过专家验收鉴定 [J],
3.我校一项科技成果通过省技术鉴定 [J],
4.我校一项科研成果通过省科技成果鉴定 [J],
5.我校一项目获高等学校科技创新重大项目培育资金项目立项资助 [J],
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

浅谈抽油机曲柄销总成轴承增加润滑装置于宁宁1陈立军2程明宽2李斌2朱兰虎3

浅谈抽油机曲柄销总成轴承增加润滑装置于宁宁1陈立军2程明宽2李斌2朱兰虎3

浅谈抽油机曲柄销总成轴承增加润滑装置于宁宁1 陈立军2 程明宽2 李斌2 朱兰虎3发布时间:2021-09-25T14:02:56.413Z 来源:《基层建设》2021年第15期作者:于宁宁1 陈立军2 程明宽2 李斌2 朱兰虎3[导读] 抽油机曲柄销总成是曲柄与连杆的关键连接点,曲柄销总成轴承润滑脂得不到充分利用易出现干磨、异响、滚子损坏1.华北油田公司第一采油厂河北任丘 062552;2.华北油田分公司二连分公司内蒙古锡林市 026000;3.华北油田公司第三采油厂河北河间 062450摘要:抽油机曲柄销总成是曲柄与连杆的关键连接点,曲柄销总成轴承润滑脂得不到充分利用易出现干磨、异响、滚子损坏,引发曲柄销冕形螺母退扣,导致抽油机翻机等事故发生。

本文对曲柄销总成轴承增加润滑进行探讨。

关键词:抽油机;曲柄销总成;润滑1.抽油机曲柄销总成损坏的原因曲柄销总成是抽油机的关键连接点,同时又是薄弱环节,曲柄销断裂占抽油机总故障的10%左右,一旦发生断脱等原因会导致抽油机翻机、连杆变形,严重损坏井口设备,造成抽油机的部件损坏,严重时会危及人身安全。

抽油机曲柄销总成是由端盖、轴承座、向心推力轴承、曲柄销本体组成,通过注入锂基润滑脂润滑。

抽油机在运转中,发现曲柄销总成异响,停机检查保养,卸下曲柄销总成端盖发现:曲柄销总成向心推力轴承无润滑油,且滚珠表面干燥,不圆滑,部分滚珠磨损严重,有碎铁屑,端盖内挤满润滑油,油面平滑、坚硬,润滑效果很差。

在平时保养时我们将黄油加到端盖里面,滚动轴承只是最前端能受到润滑作用,端盖内黄油很多,利用率很低。

抽油机在重负荷运行状况下,向心推力轴承等部件是运动的,且受到挤压,而端盖是静止的,在润滑油充足情况下,向心推力轴承、滚珠表面的润滑油在发挥润滑作用的同时,收到挤压,润滑油逐渐向端盖内移动,随着时间的推移,端盖内的润滑油充足、油面光滑、变光滑、变硬,而向心推力轴承内润滑油严重不足,从而引发各类故障。

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裂解加 工 技 术 的 关 键 是 裂 解 槽 的 加 工。 目 前,裂解槽的加工 主 要 采 用 机 械 拉 削 和 激 光 加 工 两种方法。激光 切 槽 是 一 种 先 进 的 切 割 技 术,具 有快的加热和冷 却 速 度、无 刀 具 磨 损 以 及 窄 的 热 影响区,而且激 光 可 对 裂 纹 槽 缺 口 根 部 进 行 淬 火 处理[3],近年来已逐步取代机械拉削工艺,成 为 裂 解槽加工 的 主 要 手 段[4-7]。C70S6 钢 和 灰 铸 铁 从 化学 成 分、制 造 工 艺 到 材 料 特 性 均 不 相 同,因 此, 本文利用 Nd∶YAG 激 光 对 C70S6 钢、灰 铸 铁 进 行 裂 解 槽 加 工 并 进 行 胀 断 实 验 ,从 几 何 形 貌 、显 微 组织、显微硬 度、断 裂 特 性 等 方 面 研 究 韧/脆 性 材 料激光加 工 裂 解 槽 的 异 同 及 其 对 胀 断 工 艺 的 影 响 ,为 裂 解 加 工 工 艺 在 不 同 领 域 的 应 用 提 供 参 考 。
(Roll Forging Research Institute,Jilin University,Changchun130025,China)
Abstract:Fracture splitting notches from C70S6steel used in a connecting rod and from gray cast iron used in an engine crankcase main bearing bracket were processed by a YAG pulse laser,and the frac- ture splitting experiment was conducted in the fracture splitting device.The geometry appearances, microstructures,micro-hardness change as well as the fracture surface of fracture splitting notches were studied by a tool microscope,a scanning electronic microscope and a micro-hardness tester.Char- acteristics of fracture splitting notches processed by the pulse laser were discussed,and the influence of pulse laser processing fracture splitting notches from ductile/brittle materials on the expansion and breaking performance of the notchs was revealed.The results indicate that the geometry appearances and notch effects of the fracture splitting notches from ductile/brittle materials processed by the pulse laser are obviously superior to those of the broaching and linear cutting processing,and the gap sensi- tivity of gray cast iron has been strengthened greatly.The brittle martensite has been produced nearby the fracture splitting notches from ductile/brittle materials,and micro crack appears in the root of
切槽后制成的金相样 品 经 4% 硝 酸 酒 精 腐 蚀 后,采用 SEM 扫 描 电 镜 分 析 裂 解 槽 的 微 观 组 织 及断 口;然 后 在 1600-5122VD Micromet 5104 显
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光学 精密工程
第 19卷
图 1 激 光 加 工 裂 解 槽 试 验 Fig.1 Experiment of fracture notch produced by la-
ser cutting
(a)倾斜切割 C70S6钢的截面形貌 (a)Cross-section profile of C70S6steel by oblique cutting
试验材料选择某连杆所使用的高碳微合金钢 C70S6和某 发 动 机 箱 体 主 轴 承 座 所 使 用 的 灰 铸 铁。试样的化学成分如表1所示。切槽前样品用 丙酮清洗去除表面油污。
表 1 各 成 分 的 质 量 分 数 Tab.1 Chemical composition of the material(% )
C70S6微合金非调质钢以其优良的裂解性 能 广 泛 应 用 于 连 杆 生 产 中 ,属 于 韧 性 材 料 ,仅 在 德 国 就有60 多种发动机连杆采用该种材料,是最早在 室温条件下采用裂解加工的锻钢连杆材料。发动 机箱体曲轴轴承座在结构形式上与连杆有相似之 处 ,其 由 本 体 与 盖 体 两 部 分 合 装 而 成 ,二 者 用 螺 栓 连接,轴承孔 有 较 高 加 工 精 度 要 求。 发 动 机 箱 体 常用 的 材 料 是 灰 铸 铁,灰 铸 铁 价 格 便 宜、易 成 形、 吸振、耐磨、硬度高、脆性大[2],属于脆性材 料。 奔 驰、菲亚特等轿 车 的 发 动 机 箱 体 都 由 灰 铸 铁 铸 造 而成。
切槽过程在室 温 下 进 行,调 解 激 光 切 割 头 与 工作台角度(41°方向切割 C70S6钢,90°方向 切 割 灰铸铁),使激光 经 过 透 镜 聚 焦 后,照 射 到 被 加 工 表面,工作台及 激 光 切 割 头 的 运 动 由 数 控 系 统 自 动控制。加工 过 程 中 辅 助 气 体 采 用 空 气,压 力 为 0.6 MPa。
769
notch.The organization is obviously refined.The micro-hardnesses of melting zone and the solid phase transition zone of ductile/brittle materials approximately are 820/850 HV and 860/550 HV,re- spectively,which are higher than that of the substrate,and show a remarkable hardening effect.The ductile tearing phenomenon can not be seen in the C70S6steel notch root zone.The ductile/brittle material fracture shows the brittle fracture characteristic,which satisfies the fracture splitting techno- logical requirement. Key words:ductile/brittle materials;fracture notch;pulsed laser;microstructure;brittle fracture
Organization and expansion breaking performance of fracture notch of crankshaft bearing and connecting rod by laser processing
KOU Shu-qing,WANG Jin-wei,ZHENG Qi-feng,YANG Shen-hua
C Si Mn P S Al Cr Mo Ni V
C70S6
0.72 0.21 0.48 0.008 0.064 ≤0.01 0.10 ≤0.03 0.05 0.04
灰铸铁
3.2 1.18 1.1 0.082 0.055
- - - - -
实验在自主研 发 的 LNM-3 型 裂 解 槽 激 光 加 工数 控 机 床 上 [8] 进 行,见 图 1。 峰 值 功 率、脉 宽、 频率、速度均可调,其 Nd∶YAG 脉冲固体激光器 最大脉冲功率为3.2kW,输出功率为60~75 W。
第 19 卷 第 4 期 2011年4月
光学 精密工程
Optics and Precision EngineeringVol.19 No.4
Apr.2011
文 章 编 号 1004-924X(2011)04-0768-07
曲轴轴承座/连杆激光加工裂解槽的组织与胀断性能
收 稿 日 期 :2010-04-19;修 订 日 期 :2010-08-24. 基金项 目:国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (No.50375066);高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 资 助 项 目 (No.
20060183066)
第4期
寇 淑 清 ,等 :曲 轴 轴 承 座/连 杆 激 光 加 工 裂 解 槽 的 组 织 与 胀 断 性 能
寇淑清,王金伟,郑祺峰,杨慎华
(吉林大学 辊锻研究所,吉林 长春 130025)
摘要:采用 Nd∶YAG 脉冲激光对连杆所用材料 C70S6钢和发动机曲轴轴承座常用材料灰铸铁进行了裂解槽加工,并 在 裂解设备上进行了胀断实验。采用工具显微镜、扫描电子显微镜和显微硬度仪等对比研究了裂解槽的几 何 形 貌、裂 解 槽 附近显微组织和显微硬度变化以及断口形貌,探讨了脉冲 激 光 加 工 裂 解 槽 的 特 性,揭 示 了 脉 冲 激 光 加 工 韧/脆 性 材 料 裂 解槽对胀断工艺的影响机制。结果表明:脉冲激光加工韧/脆性 材 料 裂 解 槽 的 几 何 形 貌、缺 口 效 应 均 明 显 优 于 拉 削 加 工 和线切割加工,其中灰铸铁的缺口敏感性得到显著增强,在韧/脆性材料裂解槽附近均生成了易碎的马氏 体,在 槽 的 根 部 出现了微裂纹,组织明显细化;韧/脆性材料熔化区显微硬度约 为 820/850 HV,相 变 硬 化 区 约 为 860/550 HV,显 微 硬 度 均高于基体,硬 化 效 果 显 著;在 C70S6 钢 槽 根 部 区 域 未 见 韧 性 撕 裂 现 象,韧/脆 性 材 料 断 口 都 表 现 出 脆 性 断 裂 特 征,满 足 裂解工艺要求。 关 键 词 :韧/脆 性 材 料 ;裂 解 槽 ;脉 冲 激 光 ;显 微 组 织 ;脆 性 断 裂 中 图 分 类 号 :TG665 文 献 标 识 码 :A doi:10.3788/OPE.20111904.0768
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