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滤清器外壳拉深工艺的计算机辅助分析及工艺改进

发布时间:2018-05-07 00:28

  本文选题:滤清器 + 计算机模拟 ; 参考:《广西大学》2016年硕士论文


【摘要】:滤清器外壳是由厚度仅为0.8mm钢板经多次拉深成形而成,拉深变形程度大,外壳内直径为φ107mmm,外壳总高度为320mmm,长径比高达3,这对滤清器外壳的拉深成形存在着极大的挑战。一次成形由于长径比大极易拉裂,虽然多道次的拉深工艺在一定程度上改善了拉裂现象,但是由于每道次之间的模具内径不同,会导致材料在法兰附近堆积起皱,进而使得外壳各处的壁厚分布不一,且容易生产残余应力,在高强度、高频率、长时间的循环脉冲应力作用下外壳容易生产局部疲劳最终导致开裂。为此,本文的主要研究工作如下:(1)针对目前长寿命机油滤清器外壳零部件无法满足高强度、高脉冲次数的脉冲疲劳试验要求,对脉冲疲劳试验开裂有缺陷的外壳零部件开裂面取样进行化学成分分析和电镜分析并采用计算机辅助工程(CAE)有限元法对工件原有成形过程进行数值模拟,分析结果表明:断口处的化学成分符合标准要求,断口形貌有明显的疲劳裂纹特征,呈现海滩花样,原拉深工艺存在严重减薄与起皱等缺陷。因此,不合理的拉深工艺是导致外壳无法达到脉冲疲劳试验要求的主要原因。(2)鉴于滤清器壁薄与长径比大等特点,拟采用外壳圆片料落料一第一次拉深一第二次拉伸一第三次拉深一第四次拉深(反拉深)一切边整形的工艺路线,通过重新计算设计各道工序的拉深工艺,并将初始设计方案进行计算机有限元分析,根据模拟的结果有目的地对各道工序的拉深系数,凸凹模具间隙,凸凹模圆角,压边力等参数进行优化。优化后的具体参数为:圆形毛坯直径为387mm,第一次拉深工件直径为220mm,第二次拉深直径170mm,第三次拉深直径135mm,第四次拉深直径109.8mm;四道拉深工序凹模圆角依次分别为R9, R7, R4, R4;四道拉深工序压边力依次分别为197KN,31KN,18KN,11KN;优化后的模具在各道次拉深过程中均没有出现拉裂现象,工件成形较好。最终外壳拉深件壳体厚度最薄处出现在筒形件圆角及直壁部位,材料变薄至0.652mm,最大变薄率仅为18.5%;轻微起皱现象只发生在拉深件的法兰圆角处,材料最厚处的厚度为0.893mm,增厚率达11.6%。(3)为了充分验证优化后的模具结构与工艺参数的合理性,先后对各道次的拉深模具进行了重新制作并进行外壳件生产,还对优化拉深工艺所制作出来的工件进行脉冲疲劳试验。结果表明:优化拉深工艺所制作出来的工件顺利通过了滤清器的脉冲疲劳试验,基于三维板料成形软件DYNAFORM所优化后的模具结构与工艺参数是合理的,各道次的拉深模具关键零部件的结构设计、材料的选择、表面处理方式及模具使用保养均是恰当的。
[Abstract]:The filter shell is formed by the thickness only of 0.8mm steel plate through deep drawing, the deep drawing deformation degree is large, the inner diameter of the shell is 107mmm, the total height of the shell is 320mmm, the length diameter ratio is up to 3, which has great challenge to the deep forming of the filter shell. To a certain extent, the cracking phenomenon has been improved to a certain extent, but due to the different inner diameter of each die, the material will accumulate in the vicinity of the flange, and then the thickness of the wall is distributed differently and the residual stress is easily produced. It is easy to produce local fatigue under the action of high intensity, high frequency and long time cyclic pulse stress. The main research work of this paper is as follows: (1) the chemical composition analysis and electron microscope analysis of the crack surface sampling of the shell parts with defects in the pulse fatigue test are carried out according to the requirements of the high pulse fatigue test which is unable to meet the high strength and high pulse times of the long life oil filter shell parts. The finite element method of Computer Aided Engineering (CAE) is used to simulate the original forming process of the workpiece. The analysis results show that the chemical composition of the fracture is in accordance with the standard requirements, the fracture morphology has obvious fatigue crack characteristics, the appearance of the beach is presented, the original drawing process has serious defects such as thinning and wrinkling. Therefore, the unreasonable drawing process is the guide. The main reason why the shell is unable to meet the requirements of the pulse fatigue test. (2) in view of the characteristics of the thin wall of the filter and the large ratio of length to diameter, it is proposed that the drawing of the first time drawing, a first drawing, a second drawing, a third drawing, a deep drawing, and a deep drawing (reverse drawing), is used to design the drawing of each process by recalculating. The initial design scheme is analyzed by computer finite element method. According to the simulation results, the drawing coefficient, the gap of the die and the die, the corner of the die and the die and the pressing force are optimized. The parameters of the optimization are as follows: the diameter of the circular blank is 387mm, the first drawing workpiece is 220mm, and the second secondary drawing is drawn. Deep diameter 170mm, third deep drawing diameter 135mm, fourth drawing diameter 109.8mm; four deep drawing process concave die round angle are respectively R9, R7, R4, R4; four way drawing process is respectively 197KN, 31KN, 18KN, 11KN; the optimized mold in the various channels deep over Cheng Zhongjun did not appear crack phenomenon, the workpiece is better formed. The final outside forming. The final out of shape. The thinnest shell of the shell of the shell appears in the corner of the cylindrical part and the straight wall, and the material thinning to 0.652mm, the maximum thinning rate is only 18.5%. The slight wrinkling occurs only at the flange circle of the drawing parts, the thickness of the material is 0.893mm, the thickening rate is 11.6%. (3), which is fully verified the optimized die structure and technological parameters. It is reasonable that the drawing dies are reproduced and the shell parts are produced successively. The pulse fatigue test of the workpiece made by the optimized drawing process is also carried out. The results show that the workpiece made by the optimized drawing process has passed the pulse fatigue test of the filter successfully, based on the three-dimensional sheet forming software DYNA. The structure and process parameters of FORM are reasonable. The structure design of the key parts of the drawing die, the selection of material, the surface treatment and the maintenance of the mould are all appropriate.

【学位授予单位】:广西大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TK423

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本文编号:1854599

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