曲轴车削刀具磨损因素交互效应与优化

为有效减缓刀具磨损并尽可能地提高加工效率,采用Box-Behnken响应面与多元非线性回归相结合的方法,分析切削参数效应的显著性及交互作用机理,并拟合含有交互效应的刀具磨损回归方程;基于NSAG-Ⅱ算法,以切削参数为设计变量,刀具磨损回归方程和加工效率方程作为多目标优化函数,优化切削参数以实现减小刀具磨损速度的目的。结果表明,进给量与主轴转速间存在显著的正向交互效应,建立的刀具磨损回归方程在95%的置信区间内的最大拟合差值不超过0.000 6,优化结果与数值模拟结果的误差不超过2%,可有效降低刀具磨损。

功能材料介入对机车发动机曲轴磨损的影响及其机理研究

磨损是影响机车发动机运行状况、使用效率、服役寿命、能源利用效率以及排放物水平的重要因素。研发了一种可以降低摩擦副磨损、具有在线修复功能、以天然硅酸盐矿物叶蛇纹石为主要组分的功能材料MAT(Metal surface Adaptive strengthening Technology)。利用MAT开展了铁路机车发动机实车考核试验,在4台铁路内燃机车34个曲轴上开展了实车应用,发现MAT可以降低内燃机车曲轴摩擦对偶的磨损,实现了摩擦副的在线修复。研究认为:叶蛇纹石的层间滑动以及载荷支撑作用是降低摩擦阻力和磨损的主要因素;叶蛇纹石表面丰富的不饱和键和可交换阳离子、高温相变以及对磨损细颗粒的吸附是其对摩擦副在线修复形成减摩修复层的物质基础;功能组分的持续介入、摩擦热能-动能的协同作用以及磨损-修复的动态平衡是实现摩擦副工作状态不断优化的根本。

船用中速柴油机曲轴磨损故障分析及预防

柴油机是船舶的动力系统,其质量关系到整个船舶的性能。曲轴作为重要的核心零部件,长期以来作为国内外柴油制造厂家将曲轴作为研究的重点。曲轴作为柴油机的组成部分,表面承受很大的压力,轴颈散热能力差导致材料磨损。因此,必须进行检查,进行预防,减少事故的发生。围绕中速柴油机曲轴的磨损故障展开讨论,常见损伤有磨损、裂纹等,分析故障的处理措施,提出曲轴磨损故障的预防技术。

基于轴心轨迹特征的发动机曲轴再制造性分析方法

运用主动再制造理论对再制造毛坯质量的不确定性进行了分析研究,提出了一种基于轴心轨迹特征的发动机曲轴再制造性分析方法。该方法通过运用不变矩算法提取同一发动机曲轴不同磨损状态下轴心轨迹的特征量,建立特征量与磨损量之间的映射关系,来判断发动机零部件的再制造性,从而实现对任意状态下曲轴磨损的量化。试验结果表明,运用该方法对曲轴磨损量进行识别具有较高的精度,为寻求曲轴服役期内最佳再制造时机提供了较为准确的判别依据,同时为服役期内伴随产品失效的同批次再制造毛坯质量的不确定性控制等问题提供了解决方案。

金属体积成形复杂多因素动态耦合仿真模型的建立及应用

对体积成形的多个影响因素进行解析,并对涉及的刚粘塑性有限元理论、热传输理论、磨损及损伤理论进行了阐述与融合。基于FEM软件建立成形过程中多因素动态耦合仿真模型,以曲轴锻造为应用实例,研究了锻造成形后的模具及锻件温度场分布、累积损伤分布,以及热力耦合下的模具一次磨损量分布。建立的仿真模型为实现金属热塑性成形各种工艺的模拟提供了依据。

35CrMo钢曲轴离子软氮化的研究

研究了３５ＣｒＭｏ钢曲轴离子软氮化后的显微组织和特性。结果表明，经离子软氮化的材料具有表面硬度高、化合物层厚和渗氮层深的特点，并且比离子氮化的材料具有更优良的耐磨性和疲劳强度。

曲轴飞轮组不平衡对发动机工作的影响

通过跟踪试验 ,从振动和磨损的角度 ,研究了曲轴飞轮组的平衡对发动机工作的影响。大量实验数据表明 ,曲轴飞轮组的动平衡对发动机的振动和曲轴及轴承的磨损有很大影响 ,为此 。

某微车曲轴模具结构的优化

针对曲轴锻件材料利用率较低的现状,以某微车四拐曲轴为例,采用带阻力墙结构的模具来提高材料利用率。运用有限元分析软件Deform3D对预锻及终锻过程进行模拟。针对终锻载荷过大问题,将终锻模具阻力墙优化为分段式阻力墙结构,有效地降低了成形载荷。同时,对各方案的模具磨损进行了分析。实际生产表明:带阻力墙结构的锻模所生产的曲轴锻件质量良好、填充饱满,材料利用率由75.9%提高到83.3%,同时成形载荷适中。

基于在线监测的曲轴主动再制造时机识别

针对机电产品主动再制造时机难以确定的问题,基于主动再制造时域分析理论,以发动机关键零件曲轴为研究对象,提出了一种基于在线监测的曲轴主动再制造时机识别方法。以磨损量为曲轴间接性能评价指标,结合发动机加速磨损试验,监测不同曲轴磨损量下的发动机振动信号,并运用希尔伯特-黄变换提取振动信号特征,构建特征与磨损量之间的映射关系,从而实现在役曲轴的主动再制造时机识别。应用结果表明,该方法能够以较高精度监测曲轴磨损量,识别在役曲轴主动再制造时机,有效解决了服役期间由于外部不确定因素而造成的曲轴再制造毛坯质量不确定性问题。

新型阻力墙结构参数对曲轴终锻模磨损的影响

分析曲轴终锻模阻力墙结构中三个重要参数(高度h、间隙n、斜度α)对终锻模型腔凸缘部位最大磨损量(f)的影响,运用有限元分析软件Deform3D对曲轴终锻过程进行数值模拟仿真,并采用最小二乘法拟合得到了它们之间的影响规律曲线。研究结果表明:f随h的增加而增加,从磨损区域上来看,除凸缘部位外,型腔两端大、小头模口部位的磨损受h影响比较大,从保证终锻模具寿命的角度来看,h的设计值不能超过30mm;f随n的增加而降低,从磨损区域上来看,除凸缘部位外,凸台部位的磨损受n影响比较明显。当n取值大于3mm时,能有效地延缓凸台部位的磨损,从保证终锻模具寿命的角度来看,n的设计值不能小于2mm;f随α的增加而降低,从磨损区域分析来看,除凸缘部位外,阻力墙根部圆角过渡处的磨损受α影响比较大,为了将终锻模的磨损控制在理想的范围内,α的设计值不能小于10°。

双辉等离子涂层对机械曲轴耐磨耐蚀性能的影响

采用双辉等离子技术在机械曲轴表面制备了SiC/Ta复合涂层,研究了合成温度对复合涂层显微形貌、物相组成、耐磨和耐腐蚀性能的影响。结果表明,当合成温度从750上升至900℃时,复合涂层表面形貌由花纹状逐渐演变成细小颗粒团簇状,截面形貌中可见不同合成温度下复合涂层厚度和内部质量存在一定差异,不同合成温度的复合涂层中都出现了SiC、Ta、Ta_(2)C和TaC衍射峰。机械曲轴基体的摩擦系数都高于不同合成温度下的复合涂层,合成温度800℃时复合涂层的摩擦系数最小且最为稳定;随着合成温度升高,磨痕深度、磨痕宽度、磨损体积和比磨损率都呈现先减小后增大的特征,在合成温度为800℃时磨损体积和比磨损率最小;极化曲线和电化学阻抗谱测试结果保持一致,即复合涂层的耐蚀性能都优于基体,且合成温度为800℃时复合涂层的耐蚀性能最好;机械曲轴表面适宜的复合涂层合成温度为800℃,此时复合涂层具有最佳的耐蚀和耐磨性能。

基于疲劳与磨损的曲轴主动再制造时机选择

为了解决再制造时机不确定问题,从疲劳和磨损两方面研究了曲轴的主动再制造时机。根据疲劳强度冗余因子及最小油膜厚度临界阈值,提出疲劳主动再制造时机与磨损主动再制造时机的概念。运用非线性多体动力学软件AVL-EXCITE,建立了柴油机连杆大头轴承的弹性液体动力润滑仿真计算模型,用于计算轴承的最小油膜厚度,并以Holland法验证模型的可靠性。综合考虑疲劳和磨损主动再制造时机,建立了曲轴主动再制造时机选择流程,以确定曲轴的最佳再制造时机。以某型号柴油机曲轴为例,验证了所提方法的有效性和可行性。

发动机曲轴磨损特性研究

利用摩擦磨损试验机对速度、载荷、间隙等因素对发动机曲轴磨损特性的影响进行研究。在不同工况下(速度、载荷、间隙)进行了正交试验,试验结果表明,在完全润滑状态下,速度对曲轴磨损量的影响较显著,载荷和间隙对磨损量的影响相对较小。

柴油机曲轴-轴瓦磨合磨损性能研究

为研究柴油机曲轴-轴瓦的磨合磨损性能,在环-盘摩擦磨损试验机上进行了曲轴主轴颈-轴瓦材料配副磨合磨损试验,通过润滑油的光谱分析和铁谱分析研究了不同载荷下曲轴-轴瓦的磨合磨损性能。结果表明,在不同载荷下,曲轴-轴瓦磨合磨损性能存在一定差异。当试验载荷小于40N或大于60N时,其磨合磨损性能均较差;当试验载荷在40～60N时,其磨合磨损性能最佳。因此,曲轴-轴瓦在中等载荷下可获得良好的磨合磨损性能。

S50MC柴油机曲轴颈-轴瓦磨合磨损模拟试验研究

采用环-盘摩擦磨损试验机进行S50MC型船用柴油机曲轴颈-轴瓦材料配副磨合磨损试验,利用油液检测技术研究了不同轴向载荷对45#钢曲轴颈与AlSn40合金轴瓦摩擦副的磨合磨损性能的影响。结果表明:在不同轴向载荷下,此摩擦副的磨合性能存在一定差异,45#钢曲轴颈和AlSn40合金轴瓦副擦副在中等轴向载荷下可获得良好的磨合磨损性能。

曲轴纵振对连杆大头止推轴肩磨损的影响

针对某内燃机曲轴与连杆大头止推轴肩磨损问题,采用Excite-PU建立机体-曲轴系统动力学模型,对曲轴纵向振动进行仿真研究。在此基础上,进一步研究曲轴纵振对曲柄销位移及曲拐开档尺寸的影响,据此构建磨损比率模型,用以判断曲轴易磨损位置。结果表明,曲轴纵振可导致曲轴与连杆大头止推轴肩间隙减小,进而发生磨损,且理论分析的易磨损位置也与实际磨损位置对应。

基于激光再制造技术的发动机曲轴修复技术研究

介绍了激光再制造技术的原理、方法及其在球墨铸铁曲轴修复中的具体应用,通过对再制造发动机曲轴的具体方法研究,找出适合球墨铸铁曲轴修复的再制造工艺,并且研究了曲轴修复后涂层的组织和性能、摩擦磨损性能,结果表明,通过适当的再制造方法对曲轴进行修复,可以得到满意的制造表层组织和性能,有效延长曲轴的使用寿命。

曲轴的表面激光熔凝及耐磨性能研究

对曲轴用45钢进行了表面激光熔凝处理,对比分析了45钢基体与激光熔凝层的硬度、摩擦系数和磨损率,并对磨损形貌进行了观察,结果表明:45钢基体的物相为α-Fe、Cr2C3和Cr23C6相,激光熔凝层物相为马氏体和C1.36Fe0.52相,未检出残余奥氏体;激光熔凝层表层硬度最高,随着表层距离的增大,其硬度逐渐减小;随着载荷从100N增加至250N,45钢基体和激光熔凝层的摩擦系数都是先减小后增大,磨损率都逐渐升高,相同载荷下激光熔凝层的磨损率低于45钢基体。

S50MC船用柴油机曲轴颈-轴瓦磨合磨损的模拟试验研究

采用环-盘摩擦磨损试验机进行SSOMC型船用柴油机曲轴颈-轴瓦材料配副磨合磨损试验，通过对摩擦系数、磨损失重量及磨损表面形貌的分析，研究了不同轴向载荷对AlSn40合金轴瓦磨合磨损性能的影响。结果表明：在不同轴向载荷下，AlSn40合金轴瓦磨合性能存在一定差异。当试验载荷小于40N或大于60N时，其磨合磨损性能均较差；当试验载荷在40～60N时，其磨合磨损性能最佳。研究表明，AlSn40合金轴瓦在中等轴向载荷下可获得良好的磨合磨损性能。

曲轴整体式磨削产生的问题与解决措施

针对曲轴修理中整体式磨削产生的曲轴磨削后装入气缸时活塞顶偏高或偏低，工作时发动机漏油，产生异响或振动，并伴有拉缸、拉瓦现象等问题，分析影响曲轴磨削质量问题的多方面因素，认为曲轴磨削前的校正方法、磨削定位基准和夹紧力、磨削精度是影响曲轴修理质量的关键，并提出了解决措施。