汽车转向节热锻成形数值模拟及模具优化

发布时间：2017-07-26 03:22

  本文关键词：汽车转向节热锻成形数值模拟及模具优化

  更多相关文章： 转向节 数值模拟 模具优化 阻力墙结构参数 析因试验 GR神经网络

【摘要】：随着我国汽车产业的日益扩大,汽车保有量稳步增长,汽车零部件市场中高精度、高质量、形状复杂锻件的需求量也越来越大。汽车转向节作为汽车前轴与前轮之间的关键零件,其外形结构、机械性能和精度要求非常严格。热锻成形工艺能够改善金属坯料的微观组织,提高金属的物理和力学性能,因此转向节多采用热锻生产。但其形状复杂,按GB12362定义,转向节锻件大部分为S4复杂级,成形难度较大,给工艺设计和模具设计带来一定难度。本文以皮卡转向节为研究对象,结合转向节结构特点和生产实际提出合理成形工艺方案和模具结构。应用DEFORM 3D软件模拟转向节弯曲、预锻和终锻工序,并分析锻件在成形过程中的速度场,以获得金属流动的规律。对转向节长叉末端金属速度进行点追踪,得到锻件充填困难的原因是长叉外围桥口阻力太小,致使锻造初期长叉处金属过早流向飞边,坯料补给不足,导致长叉未能完全充满,形成塌角。基于数值模拟结果,引入两种阻力墙结构改进模具,发现阻力墙的设置可以延缓金属过早流向飞边,实现转向节长叉的良好成形,但不合理的阻力墙结构会导致载荷过度上升,金属变形不均匀,形成缺陷。本文给出了转向节锻模阻力墙结构的设计变量,采用部分析因试验讨论阻力墙各结构参数对长叉充填、成形载荷及模具磨损影响的重要程度排序,综合考虑筛选了影响较显著的四个阻力墙关键参数:桥部宽度b、阻力墙斜度A、阻力墙间隙n,阻力墙宽度L。设计了广义回归(GR)人工神经网络模型来研究四个关键阻力墙参数与转向节成形工艺间的关系,分析了各阻力墙参数对长叉充填、成形载荷和模具磨损的定量影响。对阻力墙关键参数进行综合优化,得到较优的阻力墙参数组合为桥部宽度b:14mm,阻力墙斜度A:0°,阻力墙间隙n:3mm,阻力墙宽度L:40mm。最后利用优化后的转向节模具进行数值模拟和实际生产验证。
【关键词】：转向节 数值模拟 模具优化 阻力墙结构参数 析因试验 GR神经网络
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG316
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2 国内外转向节锻造工艺研究现状13-14
• 1.3 热锻成形中有限元模拟技术的应用14-18
• 1.3.1 刚（粘）塑性有限元理论14-16
• 1.3.2 有限元模拟在锻造成形中的应用16-18
• 1.4 试验设计与金属体积成形优化研究现状18-19
• 1.5 课题的主要内容19-20
• 第二章 转向节热模锻工艺及模具设计20-30
• 2.1 汽车转向节成形工艺分析20-22
• 2.1.1 汽车转向节的分类20-21
• 2.1.2 IMV转向节结构分析21
• 2.1.3 IMV转向节材料特性21-22
• 2.2 转向节模锻工艺制定22-25
• 2.2.1 转向节锻造工艺流程22-23
• 2.2.2 下料尺寸计算23-24
• 2.2.3 辊锻坯料设计24-25
• 2.2.4 模锻成形设备选择25
• 2.3 转向节模具设计25-29
• 2.3.1 弯曲模具设计25-26
• 2.3.2 终锻模具设计26-27
• 2.3.3 预锻模具设计27-28
• 2.3.4 锻模总体结构28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 转向节热模锻数值模拟及优化分析30-41
• 3.1 有限元模型的建立30-31
• 3.2 转向节热模锻模拟结果分析31-35
• 3.2.1 金属流动规律分析31-33
• 3.2.2 充填效果及成形载荷分析33-35
• 3.3 转向节模具结构改进35-36
• 3.4 模拟结果对比分析36-39
• 3.4.1 坯料充填效果对比分析37
• 3.4.2 金属变形的均匀性分析37-39
• 3.4.3 模锻成形载荷对比分析39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 锻模阻力墙对转向节成形工艺影响的神经网络分析41-61
• 4.1 阻力墙结构设计41-47
• 4.1.1 阻力墙设计变量41-42
• 4.1.2 部分析因试验42-43
• 4.1.3 结构参数筛选分析43-47
• 4.2 阻力墙参数分析的GR神经网络模型47-53
• 4.2.1 GR神经网络原理47-48
• 4.2.2 ANN结构设计48-49
• 4.2.3 拉丁超立方抽样49-51
• 4.2.4 ANN模型训练51-53
• 4.3 ANN模型训练结果及性能分析53-56
• 4.3.1 ANN模型训练结果53-55
• 4.3.2 ANN模型预测性能分析55-56
• 4.4 阻力墙参数对转向节成形工艺的定量影响56-59
• 4.4.1 阻力墙参数对锻件充填的影响56-57
• 4.4.2 阻力墙参数对成形载荷的影响57-58
• 4.4.3 阻力墙参数对模具磨损的影响58-59
• 4.5 本章小结59-61
• 第五章 转向节锻模阻力墙优化及验证61-66
• 5.1 阻力墙结构参数优化61-62
• 5.2 数值模拟验证62
• 5.3 IMV转向节热锻生产线62-64
• 5.3.1 IMV转向节热锻生产设备63
• 5.3.2 非调质钢坯料的加热规范63
• 5.3.3 转向节锻件冷却方式63-64
• 5.4 IMV转向节生产验证64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果73-74
• 致谢74-75

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本文编号：574567