高强钢钢圈轮辐成形的数值模拟与工艺参数优化

发布时间：2017-07-31 17:06

  本文关键词：高强钢钢圈轮辐成形的数值模拟与工艺参数优化

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【摘要】：车轮是汽车的关键部件之一,它对汽车的安全性、行驶的平稳性有着极其重要的影响。车轮生产质量的好坏,主要取决于车轮的制造工艺及其工艺参数是否合理。传统的车轮制造工艺主要采用的是“试错法”,该方法不仅增加了设计的成本,而且对设计人员的经验依赖性较强。本文以高强钢钢圈轮辐为研究对象,利用板料成形CAE技术对其拉深成形过程进行有限元数值模拟;同时,利用数值模拟的方法对影响轮辐冲压成形的工艺参数进行优化。首先,按照国家标准GB/T 228-2002对轮辐所用材料RCL540进行单向拉伸试验,获得板料成形数值模拟所需的材料性能参数;并通过一定的转化关系将试验获得的材料拉力与位移曲线,转换为研究所需要的真实应力与真实应变曲线。其次,通过对轮辐结构和工艺特点的分析,确定了轮辐的冲压成型工艺方案;分析工艺参数对板料冲压成形的影响,并按照经验公式确定工艺参数的经验值;确定了轮辐成型的冲压类型及其模具结构,并利用UG软件建立了轮辐初拉深成形时凹模的几何模型。然后,利用DYNAFORM前处理中的BSE模块,建立轮辐的材料模型,并对轮辐进行坯料反求,获得了合理的毛坯轮廓尺寸;按照板料成形数值模拟的流程,建立轮辐冲压成形过程关键工序——初拉深成形与反拉深与中心孔翻边的有限元数值模型;并以此为基础,在不考虑各工艺参数交互作用的前提下,通过分组数值模拟的方法对影响轮辐冲压成形的工艺参数进行优化。通过对轮辐成形的数值模拟,可实时、直观地了解轮辐在成形过程中板料厚度及其应力与应变的变化;并预测轮辐成形时发生起皱与破裂的趋势,为设计和制造人员制定合理的工艺路线、选择合理的工艺参数和降低工艺设计成本,提供了有效的参考。利用数值模拟代替传统的试模法,通过对工艺参数分组模拟结果的分析,得到了一组合理的工艺参数。有限元数值模拟结果与实测轮辐厚度之间的误差较小,说明了对轮辐的拉深成形过程进行数值模拟是可行的,同时也验证了优化后工艺参数的合理性。
【关键词】：高强钢轮辐 板料冲压成形 DYNAFORM 数值模拟 参数优化
【学位授予单位】：广西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG386
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 高强钢钢圈轮辐数值模拟研究的背景和意义9-10
• 1.1.1 课题的研究背景9-10
• 1.1.2 课题的研究意义10
• 1.2 汽车轮毂及其制造工艺10-11
• 1.3 钢制车轮的应用与发展趋势11-13
• 1.3.1 钢制车轮应用现状11-12
• 1.3.2 高强度钢在汽车工业中的应用12-13
• 1.4 板料冲压成形数值模拟的研究现状13
• 1.5 本文研究的主要内容13-14
• 1.6 本章小结14-15
• 第二章 板料成形数值模拟理论15-24
• 2.1 引言15
• 2.2 板料成形弹塑性有限元15-22
• 2.2.1 弹塑性有限元基本理论15-19
• 2.2.2 弹塑性有限元分析的基本步骤19-22
• 2.3 板料冲压成形数值模拟的影响因素22-23
• 2.4 板料冲压成形的缺陷分析23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 板料的单向拉伸试验24-34
• 3.1 引言24
• 3.2 影响材料成形性能的因素24-27
• 3.2.1 应变强化指数n24-25
• 3.2.2 塑性应变比r25-27
• 3.3 材料的单向拉伸试验27-33
• 3.3.1 实验过程27-29
• 3.3.2 绘制材料的真实应力与应变曲线29-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 轮辐冲压成形过程有限元模型的建立34-50
• 4.1 引言34
• 4.2 钢圈轮辐的结构特点与工艺分析34-41
• 4.2.1 轮辐的结构特点34-35
• 4.2.2 毛坯尺寸的确定35-38
• 4.2.3 轮辐成形工艺方案的确定38-40
• 4.2.4 压边力的确定40
• 4.2.5 冲压成形模具结构设计40-41
• 4.3 轮辐拉深成形有限元模型的建立41-49
• 4.3.1 轮辐初拉深成形有限元模型的建立41-48
• 4.3.2 轮辐反拉深成形有限元模型的建立48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 冲压工艺参数的优化与模拟结果分析50-61
• 5.1 引言50
• 5.2 轮辐成形质量的评价50-51
• 5.3 基于数值模拟的工艺参数的优化51-54
• 5.3.1 凹模圆角半径对冲压质量的影响及其优化51-52
• 5.3.2 模具间隙对冲压质量的影响及其优化52
• 5.3.3 压边力对冲压质量的影响及其优化52-53
• 5.3.4 摩擦系数对冲压质量的影响及其优化53-54
• 5.3.5 冲压速度对冲压质量的影响及其优化54
• 5.4 轮辐拉深成形过程的数值模拟结果分析54-57
• 5.4.1 轮辐初拉深成形的数值模拟结果分析55-56
• 5.4.2 轮辐反拉深成形的数值模拟结果分析56-57
• 5.5 数值模拟结果的试验验证57-60
• 5.5.1 生产过程及设备57-58
• 5.5.2 数值模拟结果与实际结果的对比58-60
• 5.6 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61-62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-65
• 攻读硕士期间发表的学术论文65-66
• 致谢66

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