摘 要

当今世界，汽车产业迅速发展。作为现代最重要的交通运输工具，汽车在全世界的保有量约有7亿辆，按全世界人口算平均每9人就有一辆^[1]。其需求量日益剧增。而连杆作为发动机承受气缸爆发力的主要零件之一，需求量也越来越大。而随着日益激化市场竞争，连杆锻件的质量要求也越来越高。其质量严重影响着发动机运行的平稳性、连续性及其寿命，进而影响汽车的安全行驶。连杆成型质量已逐渐成为其市场竞争力的重要影响因素。

因此，在国内连杆锻件生产技术发展落后的形势下，本文将以185汽车连杆为研究对象。分析该零件的结构特点；设计传统的模锻工艺；在此基础上对其预锻形状进行优化，运用pro/E软件建立不同高度的预锻件模型，并通过deform-3D软件进行数值模拟探讨不同预锻高度的终锻件成型质量。确定了最佳预锻高度为36mm。此外，对比分析不同工艺参数对锻件填充情况、材料流动情况、成形载荷大小以及应力应变分布的影响，揭示了始锻温度、摩擦系数、锻造速度等工艺参数对连杆锻件成型质量的影响规律，并得出始锻温度为1150℃、摩擦系数为0.15以及在在锻锤上锻造速度为5.2m/sec时锻件成型质量最好。

关键词：连杆；预锻；有限元软件；工艺参数；数值模拟

ABSTRACT

Nowadays,the automotive industry is developing rapidly. As the most important modern means of transport, car owns 700 million amount in the world.And every nine individuals have a car on average according to the world's population^[1]. The connecting rod,as one of the main parts of an engine, withstanding the explosive force of cylinders, has a growing demand and improving forging quality requirements. Its quality has a serious impact on the stability, continuity, and life of a engine when it is running, adversely affecting the safe driving of the car. Link’s forming quality become the important factors in its market competitiveness.

Thus, under the situation of technological backwardness in domestic , this article will take the 185 link for study.Analyzing the structural characteristics of the components;designing the traditional forging process; On this basis, optimizing its pre-forging shape by using pro/E software to establish pre-forging models of different heights and using numerical simulation software,deform-3D, to explore their final quality.the optimal pre-forging height is determined to be 36mm. In addition, comparing the influence of different process parameters on filling situation, material flowing, forming load, the distribution of the effective stress and strain to reveal the influence of initial forging temperature, coefficient of friction, speed forging process parameters on the quality of the connecting rod forging molding.concluding the forging is in the best quality when the initial forging temperature is 1150℃, the friction coefficient is 0.15 and forging speed is 5.2 m/sec.

Keywords: connecting rod；preform；finite element software；Process parameters；Numerical Simulation

目 录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1 连杆制造及成型工艺的国内外研究现状 1

1.2 课题的提出及意义 2

1.3 课题的研究目标、内容及技术路线 3

1.3.1 研究目标 3

1.3.2 主要研究内容 3

1.3.3 技术路线 4

第2章 金属塑性成型数值模拟理论 6

2.1 刚塑性有限元法 6

2.2 DEFORM-3D在塑性成形中的应用 6

2.2.1 材料成型CAE的介绍 6

2.2.2 DEFORM软件介绍及应用 7

第3章 连杆模锻工艺设计 8

3.1 连杆零件结构特点分析 8

3.2 连杆模锻成型工艺分析及工艺方案的制定 8

3.2.1 连杆模锻工艺分析 8

3.2.2 连杆模锻工艺方案的制定 9

3.3 连杆锻件下料毛坯的设计 9

3.3.1 连杆锻件基本尺寸 9

3.3.2 连杆锻件下料毛坯截面尺寸设计 9

3.3.3 连杆锻件下料毛坯长度尺寸设计 9

3.4 连杆锻件制坯工步的设计 10

3.4.1 绘制计算毛坯图 10

3.4.2 确定制坯工步 12

3.5 连杆锻件终锻型腔的设计 12

3.5.1 终锻件的绘制 13

3.5.2 锻锤吨位的确定 13

3.5.3 飞边槽的设计 13

3.5.4 连杆终锻型腔设计 14

3.6 连杆锻件预锻型腔的设计 14

3.6.1 连杆预锻件形状的设计 15

3.6.2 连杆预锻模具的设计 15

第4章 连杆锻件预锻形状的优化 16

4.1 引言 16

4.2 连杆预锻型腔形状的优化设计 16

4.2.1 建立不同高度预锻件的数值模拟 16

4.3 预锻形状对连杆成型质量的影响分析 17

4.3.1 模具填充情况分析 17

4.3.2 金属流动情况分析 20

4.3.3 载荷-行程曲线分析 20

4.3.4 等效应力应变分析 21

4.4 本章小结 21

第5章 成型工艺条件对连杆锻件成型质量的影响 23

5.1 不同始锻温度对连杆成型质量的影响 23

5.1.1 模具填充情况分析 23

5.1.2 载荷-行程曲线分析 25

5.1.3 等效应变分析 26

5.1.4 等效应力分析 27

5.2 不同摩擦因子对连杆成型质量的影响 27

5.2.1 模具填充情况分析 28

5.2.2 载荷-行程曲线分析 29

5.2.3 等效应变分析 30

5.2.4 等效应力分析 31

5.3 锤上模锻时不同锻造速度对连杆成型质量的影响 32

5.3.1 模具填充情况分析 32

5.3.2 载荷-行程曲线分析 33

5.3.3 等效应变分析 34

5.3.4 等效应力分析 34

5.4 本章小结 35

第6章 总结 36

参考文献 37

致 谢 38

附录A 39

附录B 40

附录C 42

第1章 绪论

1.1 连杆制造及成型工艺的国内外研究现状

连杆作为发动机中重要的运动部件广泛应用于各种汽车或摩托车上，如图1.1所示。1993年，我国共生产各类轿车约22.3万辆，拥有摩托车整车厂140余家。截止2000年，全世界连杆生产量约为2.5亿。其中，中国的连杆需求量便达到5000万只左右，仅轿车与微型车这两项的连杆需求量就达到了2250万只^[2]。而到了2010年，国内汽车发动机所用连杆年产量达也到了7000万只^[3]。