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柴油机关键运动件制造叠加应力对表面完整性的影响研究

汇报人：

2024-01-16

引言

柴油机关键运动件制造过程中的应力分析

叠加应力对表面完整性的影响机理

实验研究及结果分析

数值模拟及验证

结论与展望

目录

引言

柴油机关键运动件的重要性

01

柴油机关键运动件是柴油机的核心部件，其性能直接影响柴油机的整体性能和使用寿命。

制造叠加应力对表面完整性的影响

02

在制造过程中，柴油机关键运动件会受到各种力的作用，这些力会导致零件表面产生叠加应力，进而影响其表面完整性。

表面完整性对柴油机性能的影响

03

表面完整性是影响柴油机性能的重要因素之一，包括表面粗糙度、残余应力、硬度等。这些因素直接影响柴油机的摩擦、磨损、疲劳等性能。

国内研究现状

国内在柴油机关键运动件制造叠加应力对表面完整性的影响研究方面取得了一定的进展，但主要集中在单一工艺或单一材料的研究上，缺乏系统性的研究。

国外研究现状

国外在该领域的研究相对较早，已经形成了较为完善的研究体系，涉及多种工艺和材料的组合研究，并取得了一系列重要成果。

发展趋势

随着制造技术的不断进步和新型材料的不断涌现，未来该领域的研究将更加注重工艺、材料和应力的综合作用，以及如何通过优化制造工艺和提高材料性能来降低叠加应力对表面完整性的影响。

研究目的：本研究旨在揭示柴油机关键运动件制造过程中叠加应力对表面完整性的影响规律，为优化制造工艺、提高零件性能和使用寿命提供理论支持。

研究内容：本研究将采用实验和数值模拟相结合的方法，对柴油机关键运动件在制造过程中的叠加应力进行深入研究。具体包括以下几个方面

分析不同制造工艺对叠加应力的影响；

研究不同材料在制造过程中的应力响应；

探讨叠加应力对零件表面完整性的影响机制；

提出降低叠加应力、提高表面完整性的优化措施。

柴油机关键运动件制造过程中的应力分析

03

化学应力

零件在制造过程中可能接触到腐蚀性介质或发生化学反应，从而在表面产生化学应力。

01

热应力

由于柴油机关键运动件在制造过程中经历高温处理，如铸造、锻造和热处理等，导致零件内部产生热应力。

02

机械应力

在加工过程中，切削力、夹紧力等机械作用会在零件表面和内部产生应力。

应力可能导致材料产生塑性变形、疲劳裂纹等，从而降低零件的强度和韧性。

力学性能

物理性能

化学性能

应力可能影响材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等物理性能。

应力可能改变材料的化学稳定性，使其更容易与周围环境发生化学反应。

03

02

01

表面形貌

应力可能导致零件表面出现裂纹、变形等缺陷，破坏表面的完整性。

表面粗糙度

应力可能使零件表面的粗糙度增加，降低表面的光洁度和精度。

表面残余应力

制造过程中产生的应力可能在零件表面留下残余应力，对零件的疲劳寿命和可靠性产生不良影响。

叠加应力对表面完整性的影响机理

在柴油机关键运动件的制造过程中，由于切削力、热应力、残余应力等多种应力的综合作用，导致工件表面产生的应力状态。

叠加应力定义

根据作用方式和时间顺序，叠加应力可分为静态叠加应力和动态叠加应力。静态叠加应力主要来源于切削力和装夹力等静态载荷，而动态叠加应力则与切削过程中的振动、热变形等因素有关。

叠加应力分类

在叠加应力的作用下，柴油机关键运动件的表面形貌会发生变化，如表面波纹度增加、微观几何形状改变等。

叠加应力通过影响切削过程中的切削力分布和切削热传递，导致工件表面材料发生塑性变形和相变，从而改变表面形貌。

形成机理

表面形貌变化

表面粗糙度变化

叠加应力会导致柴油机关键运动件表面粗糙度增加，降低表面质量。

形成机理

在切削过程中，叠加应力使得切削刃与工件表面的接触状态发生变化，导致切削过程中的振动和不稳定现象增加，进而使得表面粗糙度恶化。

表面硬度变化

在叠加应力的作用下，柴油机关键运动件表面的硬度可能会发生变化，通常表现为硬度增加。

形成机理

叠加应力通过引起工件表面材料的塑性变形和加工硬化现象，使得表面硬度得到提高。同时，切削过程中的高温也可能导致工件表面发生相变或再结晶等现象，进一步影响表面硬度。

实验研究及结果分析

采用铣削加工方式，控制切削参数以获得不同叠加应力状态。

加工方法

使用应力测量仪对加工后的试件进行应力分布测量。

应力测量

利用表面粗糙度测量仪评价加工表面的完整性。

表面完整性评价

叠加应力对表面粗糙度的影响

实验结果显示，随着叠加应力的增加，表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势。这表明适当的叠加应力有助于改善表面质量，而过大的叠加应力则会导致表面质量恶化。

叠加应力对残余应力的影响

实验结果表明，叠加应力对残余应力的分布和大小有显著影响。合理的叠加应力可以降低残余应力，提高工件的抗疲劳性能和使用寿命。

叠加应力对加工变形的影响

实验发现，叠加应力对加工变形有一定的抑制作用。通过优化切