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轮辋滚压过程仿真与成形工艺研究

作　者: 王慧玲
导　师: 金隼
学　校: 上海交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 轮辋滚压数值仿真敏感因素分析工艺改进
分类号: TG306
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

长期以来,轮辋滚压成形工艺研究依靠传统的“试错法”,在过去取得一定的成绩。但这种方法调试时间长,成本高,不能适应目前企业所面临新技术的挑战,同时由于轮辋加工截面复杂、工艺参数多和工序多等特点,人们尚未完全有效地掌握轮辋成形规律并控制加工质量这一重要难题。近年来,在能源和环境的压力下企业纷纷把研究重点投向了高强钢轮辋,由于现有技术条件的限制,要想深入掌握各种型号产品的成形工艺,仅仅依靠理论解析或实验研究比较困难。目前,计算机技术的飞速发展和有限元技术的不断成熟给工程研究带来了一场革命。有限元分析已经成为工程设计和应用分析不可或缺的主流手段。对高强钢轮辋滚压成形工艺进行数值仿真建模,不仅可以预测成形性能,较为准确地了解应力应变和成形质量等情况,还可以进行成形质量敏感因素分析及工艺优化,科学地指导工艺设计和成形质量控制,缩短产品设计周期,节约生产成本。本文主要工作是,在有限元软件ABAQUS上探讨轮辋多工步滚压过程数值仿真建模方法,并进行某轮辋成形质量敏感因素分析和实际工艺改进工作,开展了轮辋滚压成形过程的三维弹塑性有限元数值仿真建模问题,研究滚压成形过程中有限单元、求解算法、仿真加载速度和导向轮建模等,其中重点讨论导向轮与坯料的接触建模方法。针对滚压工艺边界条件复杂性,采用虚拟弹簧来模拟导向轮真实气缸,实现滚压工艺中导向轮和坯料间的接触。研究表明,在ABAQUS/Explicit模块上通过选取壳单元和导向轮与坯料的柔性接触等方法可以获得准静态求解及满意的计算效率。以此为基础,完成了某14寸车轮轮辋的多工步数值仿真(扩口和3步滚压工序)。仿真结果与实验值比较表明,本文所建立的轮辋滚压过程仿真建模方法及其多工步数值仿真是可信的,为进一步理解工艺规律和控制成形质量提供有效方法。轮辋成形多工步数值仿真显式,轮辋成形过程各工序中轮缘圆角处厚度减薄量最大,其次是凹槽底部靠近轮缘圆角处。基于数值仿真及正交试验设计方法,考察了材料参数和工艺参数对轮辋滚压成形质量缺陷(圆角减薄)的影响。敏感因素分析表明,对所研究因素中敏感性从大到小依次为板料厚度、屈服强度、摩擦系数、应变强化指数,为工艺质量控制提供了科学依据。最后,针对工厂提出的各道工序加工时间不均匀的问题,对轮辋工序件的几何尺寸进行重新设计,以减少一滚加工时间,并进行新工艺数值仿真。工艺数值仿真结果表明,实际问题可以得到一定改善,且新工艺的零件尺寸满足要求,而圆角减薄略有加大趋势,但仍满足工业制造要求。这对解决上述实际问题提供工程上可行性参考。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-23
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 钢制车轮加工技术现状  13-18
    1.2.1 钢制车轮应用现状  13-15
    1.2.2 传统轮辋加工工艺  15-18
    1.2.3 高强钢在汽车零部件中的应用  18
  1.3 钢车轮设计开发方法新方向  18-21
    1.3.1 新的车轮产品开发流程  19
    1.3.2 有限元仿真技术在滚压成形中的应用  19-21
  1.4 研究内容  21-23
    1.4.1 研究目标  21
    1.4.2 研究内容  21-23
第二章轮辋滚压成形数值仿真建模  23-40
  2.1 引言  23
  2.2 轮辋成形工序与滚形  23-25
  2.3 数值仿真基本理论简介与选取  25-32
    2.3.1 材料模型选择  26-28
    2.3.2 单元类型选择  28-30
    2.3.3 计算算法选择  30-32
  2.4 滚轮运动设置  32-36
    2.4.1 滚轮的运动设置  32-33
    2.4.2 加载运动的实现  33-34
    2.4.3 滚轮运动的光滑处理  34-36
  2.5 导轮有限元建模  36-39
  2.6 小结  39-40
第三章某型轮辋成形多工步仿真与分析  40-56
  3.1 引言  40
  3.2 轮辋多工步成形有限元仿真  40-43
    3.2.1 扩口工序模型  40-41
    3.2.2 滚压工序模型  41-43
  3.3 仿真结果验证  43-51
    3.3.1 厚度分布验证  43-48
    3.3.2 成形尺寸精度验证  48-49
    3.3.3 能量分布  49-51
  3.4 成形过程变形规律分析  51-55
    3.4.1 变形特点分析  51-52
    3.4.2 卸载回弹模拟对等效应力的影响  52-55
  3.5 小结  55-56
第四章轮辋滚压件成形质量影响因素分析  56-67
  4.1 引言  56
  4.2 轮辋成形质量缺陷  56-57
  4.3 稳健设计方法与正交试验设计  57-59
  4.4 选取质量评价指标和影响因素  59-61
    4.4.1 圆角减薄评价指标  59-60
    4.4.2 影响因素及水平设计  60
    4.4.3 正交实验设计及仿真试验结果  60-61
  4.5 各因子对缺陷影响规律分析  61-63
    4.5.1 影响因子显著性直观分析  61-62
    4.5.2 影响因子显著性方差分析  62-63
  4.6 多元线性回归及显著性检验  63-66
    4.6.1 基本理论  63-65
    4.6.2 回归分析  65-66
  4.7 小结  66-67
第五章轮辋滚压工艺改进设计研究  67-79
  5.1 引言  67
  5.2 滚压工艺改进设计  67-72
    5.2.1 原工艺成形过程分析  67-69
    5.2.2 工艺改进方案  69-72
  5.3 新工艺数值仿真评价  72-78
    5.3.1 零件应变分析  72-73
    5.3.2 尺寸精度评价  73-74
    5.3.3 零件厚度评价  74-78
  5.4 小结  78-79
第六章总结与展望  79-81
  6.1 本文总结  79-80
  6.2 展望  80-81
参考文献  81-84
致谢  84-85
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  85

轮辋滚压过程仿真与成形工艺研究

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