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轿车轮毂轴承单元精锻工艺设计及数值模拟

作　者: 郭巍
导　师: 毛华杰
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 轮毂轴承单元精密成形闭式锻造 DEFORM 3D 有限元计算机模拟
分类号: TG316
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

轮毂轴承是一个非常重要的汽车零部件,其主要作用是承重和为轮毂的传动提供精确引导。新一代的轮毂轴承是轮毂轴承单元。采用精密模锻工艺生产轮毂轴承单元,采用闭式模锻工艺,具有生产效率高、产品质量稳定、材料利用率高和自动化程度高等优点。随着汽车行业的迅速发展,轮毂轴承的品种日益增多,但其模具仍采用手工设计和传统方法制造,制约了该成形工艺的应用。随着塑性加工过程的计算机模拟技术的飞速发展,用有限元模拟来辅助工艺制定和模具设计是一种非常好的途径。模拟方法可以在模具的虚拟制造阶段就能充分检验模具设计的合理性,减少新产品模具的开发研制时间,对用户需求做出快速响应,大大缩短了探索试验周期和费用,提高整体经济效益,增强企业的综合实力。本文分析了轮毂轴承单元的结构特点,并按其结构特征进行分类,运用三维造型软件Pro/e系统的完成轮毂轴承单元复杂实体的三维造型。并建立了轮毂轴承单元精密模锻工艺设计流程及方法。针对典型的轮毂轴承单元,利用有限元模拟软件模拟实际锻造成形过程,根据模拟过程中的金属流动情况,采用逆推的设计理念,对预锻件进行设计,得到较好的预成形坯。本文基于三维刚粘塑性有限元法的理论基础,以轮毂轴承单元精密成形工艺为核心,通过成形工艺的分析,以轮毂轴承单元内圈为研究对象,用DEFORM3D对该轮毂轴承单元锻造成形过程进行数值模拟,获得了锻造成形过程中的应力、应变、温度分布场和材料流动状态,真实有效的揭示工件的成形状况,对轮毂轴承单元成形工艺设计提供一定的指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第1章绪论  10-21
  1.1 轮毂轴承单元现状分析  10-17
    1.1.1 轮毂轴承的发展  10-14
      1.1.1.1 第一代轮毂轴承  10-11
      1.1.1.2 第二代轮毂轴承单元  11-12
      1.1.1.3 第三代轮毂轴承单元  12-14
      1.1.1.4 第四代轮毂轴承单元  14
    1.1.2 轮毂轴承套圈生产现状  14-17
      1.1.2.1 精密体积成形技术的现状  14-15
      1.1.2.2 轮毂轴承生产现状  15-17
  1.2 金属塑性成形计算机模拟现状  17-19
    1.2.1 国外CAE技术应用现状  17-18
    1.2.2 国内CAE技术应用现状  18-19
  1.3 课题的来源、目的和意义  19-20
  1.4 本章小结  20-21
第2章轮毂轴承单元精密锻造工艺设计  21-28
  2.1 产品结构形状分类  21-24
  2.2 工艺设计  24-27
    2.2.1 轮毂轴承单元精密锻造工艺流程  25-26
    2.2.2 生产工艺关键设备  26-27
  2.3 本章小结  27-28
第3章轮毂轴承单元成形过程模拟  28-43
  3.1 金属塑性有限元方法的概述  28-30
    3.1.1 金属塑性有限元的分类  28-29
    3.1.2 塑性有限元的发展  29-30
    3.1.3 有限元法数值模拟关键技术的发展  30
  3.2 DEFORM简介  30-36
    3.2.1 DEFORM的技术特性  31-32
    3.2.2 DEFORM模拟操作流程  32
    3.2.3 DEFORM3D各处理模块分析  32-36
      3.2.3.1 前处理部分  34-35
      3.2.3.2 计算分析过程  35
      3.2.3.3 后处理模块  35-36
  3.3 模拟的前期准备工作  36-37
  3.4 模拟的基本思路  37-38
  3.5 建立有限元模拟模型  38-39
    3.5.1 建立轮毂轴承单元锻造模拟导入模型  38
    3.5.2 建立轮毂轴承单元锻造模拟材料模型  38-39
  3.6 模拟的前处理过程  39-41
    3.6.1 三维单元体划分  39
    3.6.2 坯料与模具间的运动关系设定  39
    3.6.3 接触摩擦条件  39-41
  3.7 模拟过程的控制信息  41-42
  3.8 模拟的后处理过程  42
  3.9 本章小结  42-43
第4章预成形设计  43-57
  4.1 锻造方式选择  43-48
    4.1.1 开式锻造  44-46
    4.1.2 闭式锻造  46-48
  4.2 预锻件设计  48-57
    4.2.1 预锻的作用  48
    4.2.2 预成形坯设计思想  48-50
    4.2.3 金属流动情况比较  50-51
    4.2.4 温度分布情况比较  51-52
    4.2.5 应力应变分布情况比较  52-54
    4.2.6 上模最大载荷比较  54-55
    4.2.7 预锻件设计准则  55-56
    4.2.8 本章小结  56-57
第5章温度场、应力场分析  57-67
  5.1 模具初始温度对温度场的影响  57-58
  5.2 上模下压速度对成形过程的影响  58-62
    5.2.1 上模下压速度对材料流动的影响  58-59
    5.2.2 上模下压速度对温度场分布的影响  59-60
    5.2.3 上模下压速度对应力应变的影响  60-62
    5.2.4 上模下压速度对凸模载荷的影响  62
  5.3 摩擦因素的影响  62-64
  5.4 预锻件在传送时间内的温降  64-65
  5.5 上模冲头圆角尺寸的设计  65-66
  5.6 本章小结  66-67
第6章总结与展望  67-69
  6.1 全文总结  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间发表的学术论文  73

轿车轮毂轴承单元精锻工艺设计及数值模拟

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