中厚板半桥壳锻造过程数值模拟及成形工艺优化设计

发布时间：2017-08-22 22:36

  本文关键词：中厚板半桥壳锻造过程数值模拟及成形工艺优化设计

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【摘要】：汽车桥壳作为汽车驱动桥的重要组成部件,支承汽车载重,固定左、右驱动轮轴向位置并传递扭矩,其力学性能与制造质量要求较高。然而,在实际生产过程中,由于一步锻压成形对坯料形状、成形温度具有较高要求,若工艺、模具、坯料尺寸设计不合理,在中厚板半桥壳成形过程中,制件易出现变薄、折叠、充填不满等问题。因此,系统研究中厚板半桥壳成形过程金属流动规律对于合理设计工艺和坯料形状具有十分重要的理论与现实意义。本文以中厚板半桥壳锻造成形过程为研究对象,采用反向模拟法,确定了坯料的下料形状及尺寸,基于DEFORM-3D建立了半桥壳成形有限元模型,并对其进行了数值模拟及分析,揭示了成形过程中金属的流动规律,分析了成形件的等效应力、温度分布规律及行程载荷曲线,得出了现阶段半桥壳成形情况及主要成形缺陷。同时采用点追踪方法,获得了成形件在中心对称面处的减薄率分布规律,并揭示了影响成形件壁厚减薄率的机制。采用响应曲面法设计CCD试验,以降低桥壳侧壁减薄率为优化目标,选择下模圆角半径、锻造速度、摩擦因子及锻前坯料温度为优化工艺参数,同时将上述工艺参数对半桥壳成形件温度和等效应力分布及模具最大载荷的影响作为筛选的约束条件构建了响应曲面模型,借助PB设计方法完成显著因子的筛选,采用DEFORM数值模拟得到的CCD试验结果,建立了模型传递函数,并通过规划求解进行了优化设计,进而制定了中厚板半桥壳成形工艺优化方案。优化后,成形件壁厚减薄最严重部位减薄率降低了26.33%,优化效果明显。本文采用半桥壳成形过程的有限元数值模拟结果,基于插值法进行了坯料与模具间的载荷映射,建立了模具应力分析有限元模型,对成形终止阶段的锻造模具进行了受力分析,模拟获得了成形模具的应力、温度分布规律及上模最大载荷,同时揭示了摩擦因子对模具应力场、温度场及最大载荷的影响。
【关键词】：半桥壳锻造 数值模拟 响应面 模具应力
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG316
【目录】：

• 摘要11-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 引言14
• 1.2 汽车驱动桥壳产品特点及制作工艺14-20
• 1.2.1 汽车桥壳产品特点及分类14-16
• 1.2.2 汽车桥壳制作工艺16-20
• 1.3 汽车驱动桥壳国内外发展概况与研究现状20-25
• 1.3.1 疲劳寿命研究20-21
• 1.3.2 结构及轻量化设计研究21-22
• 1.3.3 桥壳成形领域的研究22-25
• 1.3.3.1 桥壳成形数值模拟的研究现状22-23
• 1.3.3.2 桥壳成形模具设计及优化的研究现状23-25
• 1.4 桥壳成形存在的问题25-26
• 1.5 本文主要研究内容26-28
• 第二章 中厚板半桥壳锻造工艺设计及成形规律研究28-46
• 2.1 引言28-29
• 2.2 基于DEFORM-3D的中厚板半桥壳锻造模拟流程29
• 2.3 中厚板半桥壳成形过程数值模拟29-41
• 2.3.1 半桥壳坯料形状及尺寸的确定29-31
• 2.3.2 基于DEFORM建立Q345材料的材料模型31-33
• 2.3.3 坯料数值仿真网格模型33-35
• 2.3.4 成形过程初始条件设置35-36
• 2.3.5 锻件成形前的热模拟分析36-37
• 2.3.6 金属流动规律分析37-38
• 2.3.7 等效应力场分析38-40
• 2.3.8 温度场分析40-41
• 2.4 中厚板半桥壳减薄情况分析41-44
• 2.4.1 计算方法41-42
• 2.4.2 半桥壳成形件的壁厚减薄率计算42-44
• 2.5 本章小结44-46
• 第三章 中厚板半桥壳锻造工艺优化设计46-76
• 3.1 引言46-48
• 3.2 优化目标的确定48
• 3.3 锻造工艺参数最优值的选择48-66
• 3.3.1 下模圆角半径对半桥壳成形过程的影响50-56
• 3.3.2 锻造速度对半桥壳成形过程的影响56-60
• 3.3.3 摩擦因子对半桥壳成形过程的影响60-63
• 3.3.4 锻前坯料温度对半桥壳成形过程的影响63-66
• 3.4 响应曲面模型的建立与分析66-74
• 3.4.1 基于CCD建立四因子五水平响应曲面模型66-69
• 3.4.2 基于Plackett-Burman设计的显著影响因子筛选69-71
• 3.4.3 基于CCD建立三因子五水平响应曲面模型71-74
• 3.5 本章小结74-76
• 第四章 半桥壳锻造模具受力分析76-88
• 4.1 引言76
• 4.2 基本假设76-77
• 4.3 有限元模型的建立77-78
• 4.4 容差值对映射载荷精度的影响78-80
• 4.5 模具应力模拟及其结果分析80-81
• 4.6 摩擦因子对模具应力分布的影响81-86
• 4.6.1 摩擦因子对模具应力场的影响82-83
• 4.6.2 摩擦因子对模具温度场的影响83-85
• 4.6.3 摩擦因子对模具载荷的影响85-86
• 4.7 本章小结86-88
• 第五章 结论与展望88-90
• 5.1 结论88-89
• 5.2 展望89-90
• 参考文献90-96
• 致谢96-98
• 附件98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 杨冀艳;胡磊;许杨;;Plackett-Burman设计和响应面法优化荷叶总黄酮的提取工艺[J];食品科学;2009年06期

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本文编号：721486