【摘 要】
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内燃机是舰船海上航行的核心动力装置,其中活塞-缸套系统的稳定性是内燃机高速运转的必要保证,因此有效提高缸套表面的加工质量具有重要意义,需要对珩磨加工参数进行深入研究。为满足可持续生产和绿色制造的要求,降低珩磨加工的碳排放,本文采用拓扑优化的方法轻量化设计油石组件的结构,并用改进粒子群算法对油石表面磨粒的微观形貌进行优化。通过在ABAQUS软件中建立多磨粒磨削有限元模型,研究了珩磨加工参数对磨削力、
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（No.51775428）； 陕西省重点研发计划项目（No.2020GY-106）； 机械制造系统工程国家重点实验室开放课题（No.sklms2020010）；
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内燃机是舰船海上航行的核心动力装置,其中活塞-缸套系统的稳定性是内燃机高速运转的必要保证,因此有效提高缸套表面的加工质量具有重要意义,需要对珩磨加工参数进行深入研究。为满足可持续生产和绿色制造的要求,降低珩磨加工的碳排放,本文采用拓扑优化的方法轻量化设计油石组件的结构,并用改进粒子群算法对油石表面磨粒的微观形貌进行优化。通过在ABAQUS软件中建立多磨粒磨削有限元模型,研究了珩磨加工参数对磨削力、残余应力和磨削温度的影响规律。论文具体研究内容如下:（1）基于缸套表面珩磨加工特点,在ABAQUS有限元软件中使用SIMP密度惩罚法对油石组件进行拓扑结构优化,以刚度最大作为目标函数,体积分数作为约束条件,获得了较小体积比下惩罚因子和网格尺寸的参数优化组合。（2）为了降低珩磨加工过程中的碳排放,在磨削去除体积和有效磨削面积的约束下,根据油石表面颗粒的磨削行为,建立碳排放计算优化模型。采用改进的粒子群算法,优化油石表面颗粒的形状和分布参数,并对影响碳排放的因素进行了分析。（3）在ABAQUS有限元软件中建立多磨粒磨削珩磨加工仿真模型,基于优化后的油石表面形貌参数,采用不同磨削速度和磨削深度进行仿真,分析了磨削参数对工件表面磨削力、残余应力和温度的影响。（4）研究了磨削仿真中工件和磨粒温度的变化规律,结合工件截面处温度的分布情况,分析了珩磨加工参数对工件表面温度的影响。通过缸套珩磨仿真并与实测的珩磨缸套粗糙度相比较,表明了多磨粒磨削仿真模型的正确有效性。
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