[发明专利]计算机辅助工程CAE模拟仿真曲轴模锻工艺的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属塑性成形工艺技术领域，特别涉及一种计算机辅助工程CAE模拟仿真曲轴模锻工艺的方法。

背景技术

曲轴作为发动机的关键零部件，被喻为发动机的心脏。曲轴在运转过程中，需始终承载负载的交变应力，为了保证汽车正常行驶，需要其曲轴有极好的抗冲击韧性、耐磨性和抗疲劳性强度等性能。因此，为了使曲轴运转时各性能都达标，对曲轴的选材、成形工艺、动平衡等都有严格的规范。

作为典型的复杂模锻件，曲轴锻造成形过程中容易产生折叠、充不满、裂纹等缺陷。现如今，稳定的动力性、燃油的经济性以及重载等性能已成为评判汽车质量好坏的重要指标，故而对模锻曲轴强度和精度等方面性能提出了更为苛刻的要求。因此，为改善曲轴各方面性能，对模锻成形工艺的改进起到了极其关键的作用。

目前，通过有限元原理和模锻成形工艺结合在一起，运用模具计算机辅助设计CAD技术和计算机辅助工程CAE仿真技术，对曲轴模锻成形过程进行数值模拟，以实现成形工艺的优化，最终达到降低成形载荷、消除成形缺陷、提高模具寿命等目的，但是仍然存在如下问题：（1）需要选用大量的数值进行有限元原理分析，工作量大，难于实施；（2）虽然进行了优化，但是优化程度有限，降低成形载荷、消除成形缺陷、提高模具寿命的程度不大，并没有得出最优解，仍然存在容易产生折叠、充不满、裂纹等问题。

因此，金属塑性成形工艺技术领域急需一种具有很强的代表性、实用性和科学性的有限元原理分析方法，降低工作量，实施容易，得出最优结论，极大的降低成形载荷、消除成形缺陷、提高模具寿命的计算机辅助工程模拟仿真曲轴模锻工艺的方法。

发明内容

本发明提供了一种计算机辅助工程CAE模拟仿真曲轴模锻工艺的方法，技术方案如下：

计算机辅助工程CAE模拟仿真曲轴模锻工艺的方法，包括如下步骤：

步骤一，采用正交实验方法，提取预锻模膛分型面圆角、预锻模膛与终锻模膛的长、宽、高比例因子，形成4个因素，进而建立因素水平表；

步骤二，根据因素水平表，通过CAD软件绘制曲轴模型；

步骤三，根据16组正交方案的曲轴模型样本进行CAE仿真模拟；

步骤四，通过对完成16组曲轴模锻的仿真实验，提取预锻、终锻载荷数据；

步骤五，根据步骤四的预锻、终锻载荷数据，得出：当分型面圆角取8，长度比例取0.998，宽度比例取0.98，高度比例取1.12时的预锻模膛成形载荷最大，预锻模膛设计最为理想，并且高度比例对预锻曲轴成形载荷影响最为敏感，其次为长度比例，而宽度比例和分型面圆角相对来讲影响较小；当分型面圆角取8，长度比例取0.998，宽度比例取0.95，高度比例取1.09时的终锻模膛成形载荷最大，终锻模膛设计最为理想，并且宽度比例对曲轴终锻成形载荷影响最为敏感，其次为长度比例，而分型面圆角和高度比例对曲轴终锻成形载荷影响最小。

优选的，在计算机辅助工程CAE模拟仿真曲轴模锻工艺的方法中，步骤一中形成的因素水平表为                                                正交试验表，表示需要做16组试验，含有4个因素，每个因素的水平数为4，具体因素水平表为：

     优选的，在计算机辅助工程CAE模拟仿真曲轴模锻工艺的方法中，步骤三中的锻造CAE样本和实际曲轴的生产工序依次为：下料、中频感应加热、预锻和终锻工艺、热切边和热校正工艺、可控冷却工艺、检测、机加工工艺。

优选的，在计算机辅助工程CAE模拟仿真曲轴模锻工艺的方法中，将步骤四的终锻载荷测试数据绘制成表格，具体如下：

优选的，在计算机辅助工程CAE模拟仿真曲轴模锻工艺的方法中，对步骤五中的预锻、终锻载荷测试数据和应力-应变曲线进行分析，进而得出步骤五的结论，具体分析如下：

曲轴预锻成形后载荷的极差分析表如下所示，表中的均值表示各因素在取水平值不变时，得到的四组结果值的平均值；

基于上述正交试验数据分析，得到最优化水平分型面圆角、长度比例、宽度比例、高度比例的序列号为2，2，1，4；由此数据可知，分型面圆角取8，长度比例取0.998，宽度比例取0.98，高度比例取1.12时，该方案的预锻模膛设计最为理想；从极差来看，高度比例对曲轴成形载荷影响最为敏感，其次为长度比例，而宽度比例和分型面圆角相对来讲影响较小；