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《重庆大学》 2018年
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汽车缸体铸造残余应力的测试与仿真

冀晓鹏  
【摘要】:铸造是将熔融合金浇入铸型、冷却凝固后得到铸坯或零件的液态成形方法。凝固成形过程中,因凝固顺序差异、固态相变差异、铸型阻碍,在铸件中引入铸造残余应力。该应力在成形后的放置、加工、运输及使用过程中的释放会引起铸件变形,甚至开裂,最终导致该铸件、甚至整台设备报废。缸体作为发动机的骨架,不仅要承受零部件重力,还要承受缸盖螺栓紧固力、气缸内的爆发压力以及活塞连杆等机构运动产生的惯性力作用。缸体的残余应力与这些力相互作用时,轻者导致缸体受力大小发生改变,重者引起缸体变形与开裂。因此探索缸体的残余应力分布规律、制定残余应力调控对策,确保发动机的正常稳定工作至关重要。论文以H15系列汽车发动机缸体为研究对象,首先采用XSTRESS-3000应力分析仪,用侧倾法对压铸缸体表面的铸造残余应力进行无倾角测试。测试结果表明:缸体表面长度、宽度方向的铸造残余应力值总体低于50MPa,且缸体顶面和底面多数测点呈拉应力状态。模型经Magics软件前处理后,采用MAGMA和ProCAST对其进行铸造残余应力分析,并将实测值与仿真值进行了对比分析。结果表明:(1)缸体顶面和底面在远离缸套区域处铸造残余应力分布基本均匀,等效应力在50MPa以下;缸套周边区域铸造残余应力较大,等效应力达到200MPa以上;(2)缸体顶面测点上,仿真与实测结果应力分布趋势基本一致,应力性质与数值大小还存在一定差异,最大相差24MPa;(3)缸体底面测点上,仿真与实测结果在长度方向上的差异较小,在10MPa以内;在宽度方向上应力分布趋势一致,数值存在一定差异。作者认为,上述仿真与实测存在差异是源于模拟采用的凝固物理模型、边界条件、材料高温性能与实际的差异或缺失。论文还仿真分析了铸造工艺参数对应力框铸件残余应力的影响。结果表明:(1)浇注温度提高20℃,铸造残余应力值下降7MPa左右;模具预热温度提高20℃,铸造残余应力值上升5MPa左右;冷却水温度提高20℃,铸造残余应力值上升6MPa左右;压射比压提高30MPa,铸造残余应力值下降5MPa左右。(2)浇注温度与模具预热温度的交互作用对铸造残余应力影响显著。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:U466

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