斯太尔载重汽车转向节锻件锻模技术模具仿真设计-大学毕业论文毕业设计学位论文范文模板参考资料

斯太尔载重汽车转向节锻件锻模技术模具仿真设计-大学毕业论文毕业设计学位论文范文模板参考资料内容摘要：

削 加 工。 加工工艺方案 可 有多种选择，铣削工序也有多种组合。 然而， 即使最智能化的 CAD/CAM系统，也需要设计人员来 制定加工工艺， 选择合适的刀具、切削参数等 等。 合理制定模具的加工工艺、优化切削参数，充分发挥 CAD/CAM技术优势和数控设备能力 ，是提高模具加工效率、降低模具成 本的重要手 段 [22]。 热锻模的再制造 模具的质量和使用寿命是影响锻造企业成本的重要因素之一。 然而，中国模具行业与发达国家相比存在着开发技术不成熟、产业化程度不高、专业化分工不细和人才匮乏等问题；而且，目前国内模具材料市场仍落后于模具 工业的需要，主要是模具材料品种少、质量低和中低端产品供大于求等问题；以上原因最终导致国内锻造企业使用的模具失效频繁、模具的锻打寿命不高， 从而使 模具成本提高，最终影响到企业的整体经济效益。 因此，锻造企业 始终 千方百计地寻求降低成本的方法。 修复废旧模具、提高模具寿命就成为降低锻造成本的重要途径之一。 模具失效后，传统修复工艺是落面修复。 典型的 工 艺路线 是 ：模具退火 → 根据模具受损情况下沉模具型腔 10～ 50mm → 粗铣预锻、终锻模具型腔 → 铣压弯型腔 → 热处理 → 修检验角 → 修燕尾、定位键槽 → 电加工预 锻、终端型腔 → 钳磨、抛光型腔 → 灌型 → 检验。 该工艺加工工序多、周期长、模具能落面次数少、模具寿命短。 由于每次落面都降低了模具的闭合高度，使每一次模具锻打的寿命降低。 而且落面的钢材以及最后不能再落的模具钢材都会被当作废钢卖掉，造成大量模具钢材浪费。 而 有些模具因本身尺寸比较小，根本就不能通过落面修复，只能再 行 新制模具。 再制造工程， 就是 对废旧产品 采用 高科技 恢复 维修的 工程 ，从 20 世纪末开始萌生并发展。 再制造的重要特征是再制造产品的质量和性能达到甚至超过新品，成本只有新品的 50%，节能 60%，节材 70%，对环境的不良影响与制造新品相比显著降低。 再制造加 绪 论 工 主 要 是 针对达到物理寿命和经济寿命而报废的产品，在失效分析和寿命评估的基础上，把有剩余寿命的废旧零部件作为再制造毛坯，采用先进技术进行加工，使其性能迅速恢复，甚至超过新品。 锻模的再制造可大幅度的降低模具成本，从而降低锻件成本。 本文采用的失效锻模的再制造技术方案 是 ： （ 1）用碳弧气刨等工艺清理失效的锻模的模腔，用大直径焊条或焊丝配合机械手进行堆焊，仿型或注满模腔部位。 （ 2）采用数控高速硬铣削技术加工型腔。 本文的研究内容和结构 本文以 斯太尔载重汽 车转向节（简称斯太尔转向节，下同）锻件为研究对象，以 UGNX、Simufact 软件为基础，对该产品的 锻造工艺流程进行了模拟分析，并对其热锻模的再制造技术进行 了 系统研究，具体内容如下： 第一章： 绪论。 介绍课题的研究背景、塑性加工模拟技术的发展及在汽车转向节中的应用现状、 锻模的制造技术 相关问题。 第二章：介绍刚塑性／刚粘塑性有限元基本理论及其求解过程，为 建立 数值 模型进行模拟提供了 理论 依据。 第三章 ： 研究 了 转向节 典型生产工艺。 对 斯太尔 转向节进行工艺分析，确定了设备吨位，给出 了 转向节的锻造工艺流程 ，并介绍了 转向节锻 造 主要成形 模具 的结构及类型等内容。 第四章： 研究了 有限元模拟系统组成及三维有限元模拟软件 Simufact，并利用Simufact 软件建立了转向节锻造工艺数值模型，对挤压、预锻和终锻过程进行模拟， 分析 各 工步的金属流动规律，给出各工步等效应力、应变分布及行程压力曲线。 针对模拟所发现的问题，进行了模具的优化设计。 第 五 章： 研究 了热锻模的失效方式，焊接修复技术 及 数控铣削技术。 对比了制造新模具与利用焊接新技术修复再制造模具的成本，结果表明 再制造模具 不仅 寿命 大大增加增加， 而且极大地 降低 了 成本。 第 六 章： 总结。 有限元技术基本理论 2 有限元技术基本理论 金属塑性成形数值模拟过程最常用的有限元法为刚塑性有限元法和刚粘塑性有限元法。 刚塑性有限元法适于冷加工，刚粘塑性有限元法适于热加工及应变速率敏感性材料的塑性变形过程。 在实际的金属塑性变形中，弹性变形部分远小于塑性变形部分，尤其对于体积成形来说，可以忽略弹性变形的影响，采用刚塑性或者刚粘塑性材料模型进行求解，不仅能够得到令人满意的精度，还可以大大简化有限元列式和求解过程。 同时，与弹塑性有限元法相比较，可采用较大的时间增量步长。 在保证足够的工程精度的前提下，可提高计算效率。 此外 ， 由于刚塑性 /刚粘塑性有限元法采用 方程表示，这样材料变形后的构形可通过在离散空间对速度的积分而获得，从而避开了应变与位移之间的几何非线性问题。 所以 ， 刚塑性 /刚粘塑性有限元法自 20 世纪 70 年代提出之后发展迅速，尤其在塑性加工领域的应用更是如此。 目前它已成为对金属塑性成形过程进行数值模拟的重要手段 [23,24]。 刚塑性 /刚粘塑性有限元基本方程 刚塑性 /刚粘塑性材料基本假设 金属塑性成形过程中，材料塑性变形的物理过程相当复杂，为此必须作出一些假设，即把变形中某些过程理想化，以便于从数学上进行处理。 对刚 塑性 /刚粘塑性材料的基本假设如下：忽略变形材料的弹性变形；材料均质，各向同性；材料体积不变；不计体力和惯性力；材料的变形流动服从 LevyMises 流动法则。 . 2 塑性力学基本方程 刚塑性 /刚粘塑性材料发生塑性变形时，应满足下列基本方程组： (1) 平衡微分方程 (运动方程 ) 0, jij () (2) 速度 应变速率关系方程 (几何方程，协调方程 ) )(21 , ijjiij   () (3) LevyMises 应力应变率关系方程 (本构关系 ) 有限元技术基本理论 ijij   ()   23 () 式中，ijij  32＝为等效应变速率，ijij  23为等效应力。 (4) Mises 屈服准则 221   ijij () 式中，3，对于理想刚塑性材料，  为常数。 (5) 体积不可压缩条件 0ijij  ＝ () (6) 边界条件 边界条件分为力面边界条件和速度边界条件，分别为： 在力面 FS 上， ijij Fn  () 在速度面 US 上， ii uu () 对于理想刚粘塑性材料，除了屈服条件中材料模型外，其它方程和条件都相同。 2. 2 刚塑性 /刚 粘塑性有限元变分原理 设变形体的体积为 V ，表面积为 S ，在 FS 上给定面力 iF ，在 US 上给定速度 iu ，在满足几何条件式 ()，体积不变条件式 ()和边界条件式 ()的一切动可容速度场中，真实速度场使泛函 dSuFdV iS iv F  ＝ () 取极小值，上述原理称为 Markov 变分原理。 利用 Markov 变分原理对变形体进行数值求解， 欲求既满足速度边界条件，又能满足体积不可压缩条件的速度场比较困难，而仅满足边界条件的速度场则比较容易找到。 因此，在实际求解时，往往采用 Lagrangian 乘子法或罚函数法将体积不可压缩条件引入泛函 (式 )中，得到新泛函。 有限元技术基本理论 采用 Lagrangian 乘子法构成的泛函为： dVdSuFdV ijV ijiS iV F    ＝ () 式中，  为 Lagrangian 乘子。 采用罚函数构成的泛函为： dVdSuFdV V ijijiS iV F 2)(2     () 式中，  为惩罚因子。 罚函数法不需额外增加求解未知数和半带宽，可以省内存和计算时间，而且收敛速度快。 罚函数法着眼于数学角度来处理体积不变条件，不像 Lagrangian 乘子法中的  具有明确的物理意义。 一般多采用罚函数法。 Lagrangian 乘子  具有明确的物理意义： m (静水压力 )，这 在分析应力场时尤为重要。 而罚函数法只能求出应力偏量，无法求得平均应力，但可以证明平均应力vm  。 而对于刚粘塑性材料， Hill 提出了刚粘塑性变分原理。 即对于刚粘塑性边值问题，在满足几何方程、体积不可压缩条件及位移速度边界条件的一切容许速度场中，其真实解使下列泛函 dSuFdVE iS iijV F )( ＝ () 取驻值，即一阶变分为零。 dSuFdVE iS iijV ij F    )(＝ () 式中， )(ijE 表示塑性变形功率函数，是凸函数。 实际推导公式时，涉及到 )(ijE 的具体表示，它与材料模型公式密切相关。 设刚粘塑性材料模型公式为： ),( T ＝ () 则对应的功率函数可以表示为：       00)( ddE ijijij ij () 这样，若刚粘塑性材料模型公式 ()一旦给定，则可以由上式积分得到对应的功率函数。 将式 ()代入式 ()，得： dSuFdVE iS iijV ij F    )(＝ ＝ 0 () 有限元技术基本理论 上述变分原理与 Markov 变分原理一样，可以用 Lagrangian 乘子法和罚函数法引入体积不可压缩条件。 刚塑性 /刚粘塑性有限元求解过程 刚塑性 /刚粘塑性有限元的求解过程与一般有限元一样，不同的是刚塑性 /刚粘塑性有限元法组装成的总体方程组为非线性方程组，还需要进行线性化处理和采用NewtonRaphson 迭代法进行速度场迭代求解。 变形体经离散化后，能量泛函就成为各节点速度的函数，能量泛函取驻值的条件是： 0)()( jj II VV () 式中， (j)表示第 j 个单元， I 为节点编号。 为了求解上述非线性方程，采用 NewtonRaphson 方法进行迭代，把式 ()用 Taylor级数在 0VV (初始值 )展开，忽略二阶以上的高阶微量，保留线性部分得： 020    JvvJIvvI oVVVV  () 式中， JV 是对速度 0V 的一阶修正。 式 ()又可以写成如下形式： fVK  () 当速度的修正值 V 求得后，就可用 0V + V 对 0V 进行修正，其中  是一个介于0~1 之间的数，称为衰减因子。 如此迭代下去，直到速度修正量小到可以忽略。 初始假设的速度值应接近于真实解，否则会出现迭代不收敛。 常用直接迭代法求解初始速度场。 判断迭代收敛的常用方法有两种准则。 一种准则是速度的相对误差范数const VV ，其中 const 为一非常小的正数；另一种准则是节点力不平衡量小于某一正常数。 图 所示为刚塑性 /刚粘塑性有限元分析系统程序。