毕业论文答辩-曲轴再制造复合无损检测技术研究与系统开发.pdf

LOGO行政副总李建新专业班级机械设计及其自动化专业指导老师1LOGO目录2LOGOV再制造（1）再制造加工（2）过旧产品的性能升级V无损检测无损检测技术是在不损伤被检测对象的条件下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热声光电磁等反应的变化，来探测各种工程材料零部件结构件等内部和表面缺陷，并对缺陷的类型性质数量形状位置尺寸分布及其变化做出判断和评价。1、研究背景与意义3LOGO1、研究背景与意义V无损检测国内外现状（1）新的检测技术。逐步出现了多频涡流检测技术、远场涡流检测技术、脉冲涡流检测技术、衍射声时（TOFD）技术。（2）复合检测。单一的无损检测手段存在固有的局限性，为了实现对工件较为全面的检测，就必须综合多种无损检测手段。V课题研究意义针对现在单一检测方法的局限性，综合分析多种无损检测方法，提出曲轴的复合无损检测技术，可以提高曲轴多种损伤形式的检测精度、检测效率、检出率；通过收集损伤检测数据，建立无损检测数据管理系统，可以实现针对不同检测方法实行统一的数据管理，提高产品再制造效率；同时在曲轴方面，为废旧曲轴的可再制造性评价提供数据支持；为再制造曲轴的寿命评估提供依据；帮助决策废旧曲轴的再制造加工方式。4LOGO1轴颈磨损2弯曲扭曲3裂纹5LOGO基于SOLIDWORKS的曲轴有限元分析（1）曲轴的三维建模曲轴主要参数数值主轴直径100MM连杆轴颈直径82MM曲柄宽度104MM曲柄半径113MM曲柄壁厚29MM图21WD615系列曲轴三维模型表21曲轴主要尺寸参数6LOGO（2）曲轴的工况计算及运动学分析WD615曲轴为直列六钢发动机曲轴，点火顺序为153624其曲轴为全支持其曲轴，每段主轴颈都用二瓦主轴承固定，以约束其径向位移，根据动力学分析可知，曲轴运行中所承受的力包括连杆轴承作用力、主轴承支承力、外负载的扭矩反力、转动惯性力和重力。连杆轴承的最大作用力是发生在气缸爆发作功时，即曲柄连杆机构运行至上止点附近时，此时曲轴所受的应力最大，变形也最大。因此取曲轴的第一缸爆炸时曲轴所受的压力最大，故为减少计算量，此处只采用第一缸爆发作功时的工况进行计算曲轴的静力强度，此时曲轴的转角给处转角见表，曲轴连杆轴颈作用力大小见表2，7LOGO当第一缸爆发即在表中0位置8LOGO图22连杆轴颈受力示意图图23轴颈载荷分析图9LOGO参数名称符号数值气缸直径D126MM行程S130MM曲柄半径R65MM连杆中孔距L219MM长径比R/L02968标定转速N2200R/MIN曲轴旋转角速度W0105N231/SW20011N253240/S2活塞净重MP76KG连杆净重MC3586KGLA/L07LB/L03MCA1076KGMCB2510KG集中在曲柄销中点的曲柄组质量MD7614KG最大爆压压力PG54MPA曲轴箱内气体压力P001MPA表22曲轴动力计算参数表10LOGO图24曲轴载荷分析和边界约束（3）边界约束在曲轴的模型中，边界约束模拟越接近实际工况，模型计算就越准确。假定连杆轴承作用力沿轴颈圆周120角范围内按余弦规律分布，沿轴向均匀分布，以模拟连杆轴承上油膜力作用11LOGO（4）划分网格单元类型的选择和网格划分的方法在一定程度上决定了求解问题的计算精度。此处选择二阶实体四面体单元，即选择高级网格品质。为达到计算求解的精度而又避免网格划分过细导致计算量过大，在划分网格时在过渡圆角面上和轴颈面上应用网格控制，单元大小值分别为5MM和55MM，比率值为15，网格器选择标准网格，整体单元大小值为12MM，公差值为06MM12LOGO（5）运行SIMULATION,分析曲轴应应力集中部位13LOGO超声检测利用材料本身或内部缺陷的声学性质非破坏性地探测材料内部和表面的缺隙五种常见无损检测方法渗透检测渗透液的润湿作用和毛细现象而进入表面开口的缺陷，通过显像来进行质量检测和部件探伤涡流检测在交变磁场之中导体受电磁感应产生涡流，由导体自身电导率、磁导率、形状、尺寸和缺陷等的变化导致感应电流的变化射线检测利用各种射线对材料的透射性能及不同材料对射线的吸收衰减程度的不同，通过底片感光成灰度不同的图象来检测零件内部缺陷的检测方法。磁粉检测利用磁化后的试件材料在缺陷处会吸附磁粉，以此来显示缺陷存在的一种检测方法。3、无损检测理论研究14LOGO渗透检测原理3、无损检测理论研究1、毛细现象将一根很细的管子插入盛有液体的容器中，如果液体能润湿管子，那么液体会在管子内上升，使管内的液面高于容器的液面。如果液体不能润湿管子，管内的液面就会低于容器的液面。2、润湿现象液体与固体交界处有两种现象第一种现象是液体之间的相互作用力大于液体分子与固体分子之间的作用力，称为固体不被液体润湿,如水银在玻璃板上收缩成水银珠那样。第二现象是液体各个分子之间的相互作用力小于液体分子与固体分子之间的相互作用力，被称为固体被液体润湿,就象水滴在洁净的玻璃板上,水滴会慢慢散开那样15LOGO沟通、宣贯“宣传栏”内刊4、无损检测理论研究超声相控阵检测原理WAVEFRONTTIMEDELAYELEMENTFOCALLAW相控阵声束发射16LOGO4、曲轴复合无损检测试验实验仪器在渗透检测中，采用FC100系列长波紫外灯，该设备为美国SPECTRONICS公司原装进口，如右图所示。黑光灯是荧光检测必备的照明装置，由高压水银蒸气弧光灯、紫外线滤光片和镇流器所组成。高压水银蒸气弧光灯输出的光谱范围很宽，除黑光外，尚有可见光和红外线。波长大于390NM以上的可见光会在工件上产生不良的衬底，使荧光显示不鲜明；330NM以下的短波紫外线会伤害人的眼睛；而荧光检测中需要波长为365NM的黑光束激发荧光，故需选择合适的滤光片，该设备采用2F985滤色片。曲轴表面损伤检测试验渗透检测17LOGO4、曲轴复合无损检测试验试验步骤预清洗渗透去除表面多余渗透液干燥检验18LOGO4、曲轴复合无损检测试验图42曲轴荧光显示结果图43对比试块荧光缺陷显示试验结果。在渗透检测对比试块上，缺陷最小深度为02MM，可以观察到明显的缺陷显示，用纸巾擦拭缺陷信号不会消失，所以，渗透检测对于检测曲轴表面开口型缺陷效果很好，复合检测的表面检测理论可行。19LOGO4、曲轴复合无损检测试验曲轴内部损伤检测试验超声相控阵检测实验仪器在试验中采用的是以色SONOTRONNDT公司生产的ISONIC2010便携式多功能超声波相控阵成像检测仪。如图所示，ISONIC2010是一款集相控阵、常规超声波型、B扫描等功能为一身的便携式相控阵检测仪，其采用WINDOWSXP操作系统平台，内置鼠标键盘，方便记录设置参数。此探测仪配备032的单/双晶探头。20LOGO4、曲轴复合无损检测试验探头规格根据所检测轴的尺寸选择公称频率5MHZ,16晶片的单晶直探头轴类半径采用探头公称频率MHZ探头晶片620双晶直探头5晶片面积不小于220单晶直探头51460单晶直探头2520参照标准JB/T79131995超声波检测用钢制对比试块的制作与校验方法JB/T100621999超声探伤用探头、性能测试方法JB/T100631999超声探伤用1号标准试块、技术条件21LOGO4、曲轴复合无损检测试验对比试块合金钢42CRMOA，试块长度、宽度、厚度以及其他外形尺寸的允许公差为005MM选择平底孔直径分别为05MM,1MM,15MM22LOGO4、曲轴复合无损检测试验试验步骤开机仪器自检打开“检测”“专项高级检测”“焊缝高级检测”，设置试验基础参数参数名称单位数值声程MM100声速M/S5290显示延迟US1724抑制0激发模式单/双单晶脉冲宽度NS100激发等级8激发频率HZ1600滤波器状态激活/关闭激活低频阈值HZ2高频阈值HZ89滤波模式全/半全波门A开关激活/关闭激活门位AMM40门宽AMM30门高A2023LOGO4、曲轴复合无损检测试验试验步骤获取角度增益补偿曲线在探头与试块之间喷涂耦合剂，然后缓慢的用探头在试块上移动，找出试块的缺陷峰值，反复检测，获得试块的增益补偿在曲轴上进行油孔损伤检测在对曲轴进行模拟油孔检测，通过在石块上获取的角度增益补偿曲线，对曲轴进行扇形扫描探伤。图45角度增益补偿曲线图46缺陷回波和尾波24LOGO4、曲轴复合无损检测试验试验结果扫描图可以看出，在红色区域内的部位，有一明显的绿色部位，此部位即为缺陷的显示部位，即油孔部位，从显示器探测深度上可以看出，其显示的探测深度为526MM，油孔的中心轴埋深为50MM，而孔径为6MM从此处可看出其误差为04MM，试验探测结果准确，满足误差要求。图47曲轴油孔探伤图48曲轴油孔损伤C图图49绿点为探测到油孔损伤25LOGO结构功能概述无损检测的数据管理系统就是面向不同工件的一个集超声、渗透、射线、磁粉检测数据记录为一体的数据管理软件，它可以具体的针对工件所采用的检测工艺选取合适的检测方法，并采集整理关键的检测信息和检测标准，存入数据库，进行统一管理。无损检测数据管理系统是结合ECLIPSE软件和数据库系统开发而来。ECLIPSE是一个开放源代码的、基于JAVA的可扩展开发平台。就其本身而言，它只是一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境。幸运的是，ECLIPSE附带了一个标准的插件集，包括JAVA开发工具（JAVADEVELOPMENTKIT，JDK）图51JAVA系统开发软件26LOGO系统需求分析及系统工作流程图52无损管理系统流程图27LOGO28LOGO界面功能模块介绍29LOGO应用实例曲轴渗透检测的数据管理在第4部分曲轴的渗透实验中的主要检测参数及信息如下实验仪器FC100系列长波紫外灯探测工件WD615徐曲轴工件材料42GEMOA合金钢渗透液ZL60D水洗荧光渗透夜检测标准JB/T47302006合格等级II检测比例2730LOGO31LOGO材料编号规格渗透液种类显象方法检测标准42GEMOA合金钢水洗型荧光渗透液干氏显像法JB/T4730委托单位报告编号设备名称设备编号工件名称山东大学001FC100紫外灯001WD615系列曲轴再点击“确定”按钮后，在系统中将会生成如下的一条“记录”32LOGO曲轴的有限元分析复合无损检测实验数据管理系统开发6、总结与展望通过计算曲轴的动力学参数，并且运用SOLIDWORKS对曲轴做有限元分析，确定了曲轴的应力集中部位在爆发点处，曲轴轴颈R角部位容易发生疲劳断裂，通过对曲轴的失效分析，确定了曲轴的常见损伤部位，为曲轴再制造的无损检测指出反向，并提供理论依据。通过渗透检测与超声相控阵检测结合的方式对曲轴表面及内部缺陷进行检测，复合检测在原有单一基础上提高了检测准确度，弥补了单一检测方式的不足。开发面向多种检测方式同意管理数据的系统，为复合检测的