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锻钢活塞摩擦焊工艺研究

焊接 2008年第12期 43-47页

作者：张屹林高占雨山东滨州渤海活塞股份有限公司 256602

为满足高性能柴油机强化程度和排放要求的提高,国内新开发了一种通过摩擦焊连接的新型锻钢结构活塞。论文在试验基础上探索研究了锻钢结构活塞的摩擦焊工艺规范。通过对活塞材料的分析和焊接接头的设计,运用正交试验设计对焊接工艺规范... 详细信息

为满足高性能柴油机强化程度和排放要求的提高,国内新开发了一种通过摩擦焊连接的新型锻钢结构活塞。论文在试验基础上探索研究了锻钢结构活塞的摩擦焊工艺规范。通过对活塞材料的分析和焊接接头的设计,运用正交试验设计对焊接工艺规范进行了初步优化,进行了小批量的生产验证,并对焊接件进行了相关检测和后续加工。经过装机台架试验,摩擦焊接头可以满足活塞使用性能和可靠性要求。

关键词：锻钢活塞摩擦焊正交试验设计工艺规范

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锻钢活塞摩擦焊接参数及接头组织分析

焊接 2014年第4期 13-16,73页

作者：杜随更高漫槐小兵张屹林西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 710072 山东渤海活塞股份有限公司滨州市256602

对锻钢活塞摩擦焊接工艺进行了试验研究。测试了摩擦焊接头性能,分析了摩擦焊接过程中焊接参数变化的特点,讨论了其焊接接头的金相组织。指出该材料的摩擦焊接头町具有与母材等强甚至超强性能,是连接钢制活塞裙部与冠部的一种很好的工... 详细信息

对锻钢活塞摩擦焊接工艺进行了试验研究。测试了摩擦焊接头性能,分析了摩擦焊接过程中焊接参数变化的特点,讨论了其焊接接头的金相组织。指出该材料的摩擦焊接头町具有与母材等强甚至超强性能,是连接钢制活塞裙部与冠部的一种很好的工艺方法。摩擦焊接过程中主轴电机电枢电流有两个前峰值,滑台位移有两个平台。焊合区及近缝区组织为细小的针状马氏体组织,尤其焊合区马氏体针特别致密细小。母材中的硫化物夹杂对焊接接头有很大影响,是降低接头性能的主要原因。

关键词：锻钢活塞摩擦焊组织结构力学性能焊接参数

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锻钢活塞的设计开发及试验验证

锻钢活塞的设计开发及试验验证

作者：宋树峰山东大学

学位级别：硕士

内燃机行业是一个技术密集型的行业,虽然其自身存在噪音大、污染严重的缺陷,但是由于其热效率高、动力性优、功率范围宽广、可靠耐久等优点,已经被广泛用于工业、农业、交通运输业和国防建设事业。内燃机的不断发展,从根本上来说,是建... 详细信息

内燃机行业是一个技术密集型的行业,虽然其自身存在噪音大、污染严重的缺陷,但是由于其热效率高、动力性优、功率范围宽广、可靠耐久等优点,已经被广泛用于工业、农业、交通运输业和国防建设事业。内燃机的不断发展,从根本上来说,是建立在主要零部件性能和寿命不断改进提高的基础上的。活塞作为内燃机的心脏零件,影响着内燃机的整体性能。近年来,由于内燃机强化程度的不断提高和排放要求的日益严格(欧Ⅲ、欧Ⅳ、欧Ⅴ),传统铝合金活塞越来越难以满足使用要求,特别当内燃机爆发压力超过20MPa时,铝活塞已经不能满足发动机的可靠性要求,因此开发新型活塞变得非常重要。借鉴了国外锻钢活塞设计经验后,在国内某公司6D柴油机动力平台上,设计开发了新型结构的锻钢活塞,此活塞采用大面积内冷油腔结构,优化了活塞型线椭圆尺寸,并采用新的摩擦焊接工艺优化了活塞制造过程。同时利用有限元分析软件,运用材料力学、热力学、动力学理论,对该种锻钢活塞结构,进行了有限元分析,系统地分析了活塞的温度场、应力场及疲劳寿命,分析结果表明,所设计的锻钢活塞能够满足可靠性要求。本论文进一步简要介绍了锻钢活塞的摩擦焊接制造工艺方案及生产过程,并对新型锻钢活塞进行了综合试验验证,包括销孔疲劳试验、温度场试验、活塞定型实验、拉缸试验、1000小时可靠性装机试验等,均顺利通过了以上所有试验,并达到了理想的排放要求。实验表明,锻钢活塞与传统铝合金活塞相比,不仅具有更高的可靠性,同时对降低发动机机油耗、减少漏气量均具有明显改善。以上说明此活塞完全满足发动机的性能要求,并已成功地应用于中重型柴油发动机。

关键词：内燃机锻钢活塞摩擦焊有限元分析试验

锻钢活塞切削加工表面完整性及切削参数优化研究

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锻钢活塞切削加工表面完整性及切削参数优化研究

作者：于浩山东大学

学位级别：硕士

国Ⅵ排放标准对发动机活塞的材料、工艺和加工质量提出了更加苛刻的要求,42CrMo钢以其优越的综合性能被广泛应用于锻钢活塞。本文采用有限元仿真技术与切削试验相结合的方式,研究了切削参数（切削速度v、进给量f、背吃刀量ap）对锻钢活... 详细信息

国Ⅵ排放标准对发动机活塞的材料、工艺和加工质量提出了更加苛刻的要求,42CrMo钢以其优越的综合性能被广泛应用于锻钢活塞。本文采用有限元仿真技术与切削试验相结合的方式,研究了切削参数（切削速度v、进给量f、背吃刀量ap）对锻钢活塞外圆车削和销孔镗削加工表面完整性和摩擦磨损性能的影响规律,并进行了切削参数的优化。基于ABAQUS软件建立了 42CrMo锻钢活塞外圆车削加工的二维切削仿真模型,采用单因素法研究了切削参数对切削力、切削温度和残余应力的影响规律,并通过试验验证了仿真模型的有效性和准确性。结果表明,切削力随f和ap的增大而显著升高,表面残余拉应力与切削温度随切削参数的变化趋势基本一致,两者均随v的增大而显著升高。分别进行了 42CrMo钢正交车削和镗削试验,研究了切削参数对锻钢活塞外圆车削和销孔镗削加工表面完整性的影响规律,并分别从降低表面粗糙度和减小表面残余拉应力的角度,对切削参数进行了优化。结果表明,f对表面粗糙度的影响程度和影响显著性均最高,表面粗糙度随f的增大而明显升高。v对表面残余应力和加工硬化程度的影响程度和影响显著性均最高,两者随v和f的增大而明显升高。镗孔的散热和排屑条件较差,导致v对镗削表面完整性的影响程度和影响显著性更大,镗削加工表面质量相对较差。分别对车削和镗削表面进行了摩擦磨损试验,结合加工表面完整性,研究了切削参数对加工表面摩擦磨损性能的影响规律。结果表明,随v的增大,加工表面显微硬度随之提高,适当的加工硬化有利于降低摩擦系数和磨损量,提高加工表面的耐磨性能;随f的减小,加工表面粗糙度随之降低,摩擦系数减小,而磨损量却反而增大。结合切削参数对加工表面完整性和摩擦磨损性能的影响规律,获得了 42CrMo锻钢活塞外圆车削的最优切削参数组合为:v=300m/min,f=0.04mm/r,ap=0.1 mm;销孔镗削的最优切削参数组合为:v=120m/min,f=0.02mm/r,ap=0.05mm。

关键词：锻钢活塞有限元仿真表面完整性摩擦磨损切削参数优化

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摩擦焊转速对锻钢活塞组织和性能的影响

河南科技大学学报（自然科学版） 2023年第1期44卷 8-12,M0002,M0003页

作者：高增秦震张勇张泽洲河南理工大学材料科学与工程学院河南焦作454003 中内凯思汽车新动力系统有限公司河南孟州454750

采用摩擦焊接工艺研究了摩擦焊转速对焊接接头组织和性能的影响。研究结果表明:锻钢活塞焊接前焊接面存在较严重的带状铁素体。当转速较低(1 000 r/min)时,焊缝处的带状铁素体未完全发生相变;当转速较高(1 210 r/min)时,焊缝处形成针状... 详细信息

采用摩擦焊接工艺研究了摩擦焊转速对焊接接头组织和性能的影响。研究结果表明:锻钢活塞焊接前焊接面存在较严重的带状铁素体。当转速较低(1 000 r/min)时,焊缝处的带状铁素体未完全发生相变;当转速较高(1 210 r/min)时,焊缝处形成针状马氏体。当转速较低或较高时,焊接试样在折弯试验中从焊缝中心处发生断裂;当转速适中(1 141 r/min)时,焊接试样在折弯试验中合格。在焊缝中心的断裂为脆性断裂,在热影响区外的断裂为韧性断裂。

关键词：锻钢活塞摩擦焊转速组织性能

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高强化柴油机锻钢活塞设计

高强化柴油机锻钢活塞设计

作者：石小明山东大学

学位级别：硕士

随着全球能源危机和环境危机的日益严峻,作为石油消耗最大的内燃机,必须在提高其机械效率和热效率的同时提高其排放水平。要达到上述目的,提高发动机的升功率和爆发压力成为关注的焦点。活塞是发动机的心脏,承受着发动机燃料燃烧带来的... 详细信息

随着全球能源危机和环境危机的日益严峻,作为石油消耗最大的内燃机,必须在提高其机械效率和热效率的同时提高其排放水平。要达到上述目的,提高发动机的升功率和爆发压力成为关注的焦点。活塞是发动机的心脏,承受着发动机燃料燃烧带来的巨大热负荷和机械负荷。传统的铝活塞在进行结构优化和材料性能优化后,最多也只能承受20MPa的发动机最高爆发压力。而随着现有发动机水平的日益提高,发动机的最大爆发压力可以达到25MPa,将来甚至能达到30MPa。因此,现有的铝活塞受到铝硅合金材料强度本身的限制已经远远不能满足发动机高强化指标的性能要求,亟需开发一种各项性能指标均能满足高强化发动机性能要求的新活塞来与之匹配。为满足上述要求,国内外陆续对钢活塞展开研究。钢活塞具有以下优势:较低的热膨胀系数、较低的热传导率、较低的热损失、强度更高、能承受更高的爆发压力和温度、排放更低。结合国内外锻钢活塞发展现状,本文设计开发了一种高强化柴油机锻钢活塞,该活塞通过头部的一道焊缝和环岸部位的阶梯结构将活塞的头部和裙部连接成为一个整体。该活塞具有结构强度高、重量轻、低摩擦磨损及可靠性高的特点,可以满足爆发压力超过20MPa的发动机的使用要求;经过台架试验测试,新开发的装配了钢活塞的发动机整机性能稳定、效率高、经济性好。相比较同平台装有铝活塞的发动机,测试得到的发动机各项指标如机油耗、漏气量等均得到不同程度地改善。本文主要从活塞的整体结构设计、有限元分析、成型技术和表面处理以及高强化柴油机锻钢活塞的试验验证这几个方面进行介绍。首先采用轻量化设计理念对高强化柴油机锻钢活塞进行结构设计,通过采用低压缩高设计、等强度薄壁、热流型内腔结构、大容积内冷油腔结构设计以及活塞组件的轻量化设计,较好地控制了活塞的总体重量。通过设计较小的配缸间隙、优化活塞销孔型线和裙部型线以及活塞整体磷化和裙部喷涂二硫化钼,降低了发动机的噪声,尤其是冷启动时的噪声,减小了活塞组件的摩擦磨损,提高了发动机的机械效率。发动机的各项性能指标和经济指标均有一定的提升。根据设计方案绘制活塞三维模型,然后对活塞进行有限元分析,评估其各部位的结构强度是否满足设计要求。重点对活塞的温度分布以及活塞在最大爆压工况、最大侧向力工况和最大惯性力工况下活塞的受力和变形情况进行了分析,然后通过疲劳分析软件分析了上述工况下活塞的疲劳安全系数。采用双定位止口设计和环槽外圆一体化加工技术进行高强化柴油机锻钢活塞的加工制造,保证了活塞的加工精度,减小了定位误差和二次装夹带来的误差;活塞整体磷化和裙部喷涂二硫化钼,提高了销孔的自润滑性能和发动机的冷启动性能,降低了发动机的摩擦磨损。高强化锻钢结构活塞顺利通过焊缝强度试验、活塞温度场测试试验、最小拉缸试验和2000小时耐久试验验证。

关键词：锻钢活塞有限元分析轻量化低摩擦磨损一体化加工

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锻钢活塞异型销孔电解成形仿真研究

电加工与模具 2019年第1期 39-42,63页

作者：陶祥力翟鹏尚自河秦磊山东大学(威海)机电与信息工程学院山东威海264209 山东滨州渤海活塞股份有限公司山东滨州256600

基于电解成形加工的原理,提出了一种采用阵列式多段阴极电解加工锻钢活塞异型销孔的方法。首先,根据理论计算出每段电极上所需施加的参数,通过改变施加在每个电极上的电压或电流,实现对加工形状的控制;其次,运用COMSOL多物理场耦合软件... 详细信息

基于电解成形加工的原理,提出了一种采用阵列式多段阴极电解加工锻钢活塞异型销孔的方法。首先,根据理论计算出每段电极上所需施加的参数,通过改变施加在每个电极上的电压或电流,实现对加工形状的控制;其次,运用COMSOL多物理场耦合软件进行仿真模拟,得出了最佳加工间隙;最后,针对加工过程中由于电场交叉分布造成的目标加工曲线两端出现直线段的情况,在两端额外增加一段电极,利用多电场耦合效应营造相同电场环境,从而达到所需轮廓要求。参数调整后,仿真结果与目标曲线高度吻合,证明了该方法的实用性,为加工锻钢活塞异型销孔提供了新思路。

关键词：锻钢活塞异型销孔电解加工阵列式阴极仿真