支撐軸擠壓模具有限元分析及組合凹模優(yōu)化.pdf

1、近年來(lái)，隨著機(jī)械工業(yè)的飛速發(fā)展與世界各國(guó)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，精密塑性成形技術(shù)作為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，已成為當(dāng)今塑性加工領(lǐng)域重點(diǎn)研究和發(fā)展的方向之一。以擠壓工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)加工成形工藝，可以節(jié)省能源和原材料、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本的目的。支撐軸是汽車部件中極為重要的承力零件，在汽車工業(yè)領(lǐng)域中有著非常廣泛的應(yīng)用。由于支撐軸屬于大型擠壓件，其生產(chǎn)過(guò)程是在較高的溫度下進(jìn)行的。因此，擠壓模具工作在高溫、高壓狀態(tài)下，模具的影響因素多，壽

2、命較短。針對(duì)目前我國(guó)工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，開(kāi)展支撐軸擠壓模具的研究，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。 隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、有限元方法及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等學(xué)科的迅猛發(fā)展，基于數(shù)值模擬的計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)在金屬塑性成形領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了金屬成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真。應(yīng)用有限元模擬技術(shù)可以得到擠壓模具的各種力學(xué)性能參數(shù)，是模具強(qiáng)度校核和優(yōu)化設(shè)計(jì)的有力工具。本文將專用有限元分析軟件DEFORM和通用有限元軟件ANSYS有效地結(jié)合起來(lái)，對(duì)非均布載荷下的

3、組合凹模的應(yīng)力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了新的依據(jù)。 建立支撐軸鐓擠成形過(guò)程的有限元模型，采用DEFORM對(duì)成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。對(duì)溫度場(chǎng)的分析作了初步探討，分析了不同凸模壓下量時(shí)模具的應(yīng)力分布規(guī)律，鐓擠結(jié)束時(shí)模具的應(yīng)力最大，工作狀態(tài)最為惡劣。同時(shí)，提取鐓擠結(jié)束時(shí)凹模內(nèi)壁上的節(jié)點(diǎn)作用力，為后續(xù)組合凹模應(yīng)力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供載荷條件。 由于整體式凹模不能滿足模具材料的強(qiáng)度要求，本文分別選取了不同預(yù)緊圈外徑和過(guò)盈量對(duì)兩種工作狀

4、態(tài)下的組合凹模進(jìn)行了FEM分析。存在一個(gè)合適的過(guò)盈量和預(yù)緊圈外徑，能使組合凹模的強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)，為以后的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持。非均勻溫度下，溫度應(yīng)力使內(nèi)層的凹模得到進(jìn)一步加強(qiáng)，同時(shí)也削弱了外層預(yù)緊圈的強(qiáng)度，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)販p少過(guò)盈量來(lái)提高模具的承載能力。 建立組合凹模的數(shù)學(xué)模型，分別對(duì)兩層和三層組合凹模進(jìn)行了FEM優(yōu)化，得出了最優(yōu)的預(yù)緊圈外徑和過(guò)盈量。對(duì)優(yōu)化后工作狀態(tài)下和非工作狀態(tài)下組合凹模進(jìn)行了應(yīng)力分析，兩層組合凹模的預(yù)緊圈壁厚