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原文传递高速发动机拉延件模具CAD/CAE/CAM开发

论文题名：	高速发动机拉延件模具CAD/CAE/CAM开发
关键词：	汽车发动机;拉延件模具;有限元;数值模拟;车身冲压模具
摘要：	近几年来，汽车工业的快速发展，汽车更新换代的速度加快，开发一款新车型，约有80％的模具需要重新开发，其中包括车身冲压模具和发动机改型模具，即使是变型品种，也有数量巨大的模具需要开发。新型车用发动机模具的开发有一定的周期性，一是换型周期越来越短，二是变型机型需要时间不断缩短，这就要求缩短汽车冲压模具的生产周期。　　高速发动机拉延件不同于一般的冲压件，它是大型复杂汽车覆盖件，具有曲面多、尺寸大、材料薄、结构形状复杂、精度要求高等特点，其模具制造技术难度大，成本高，开发周期和质量都难以控制。CAD/CAE/CAM技术作为一种现代设计制造方法，把它引入发动机拉延模具生产实际中，可以大大缩短发动机的开发周期，提高生产效率和市场竞争力。　　伴随着计算机软硬件技术、有限元分析及各类模拟软件等工具的迅猛发展，基于数值模拟的计算机辅助工程技术在金属塑性成形领域得到了广泛应用，实现了金属成形过程的计算机模拟仿真。随着薄板冲压成型的计算机仿真技术渐成熟，并在冲压工艺与模具设计中发挥越来越的作用。近年来，以数值模拟等先进方法以及数控加工成型软件的熟练应用解决工业生产中的实际问题已成为金属成形模具生产技术的发展方向。　　本文主要采用了计算机数值模拟的方法，对复杂形拉延成形工艺及其关键技术进行了研究。同时对大型拉延模具的数控加工提出了高效的加工方案。分析了数值模拟技术的现状，提出采用模块化思想，将CAD、CAE和CAM技术有机结合起来，并根据复杂形状拉延件自身的特点，应用以色列思美创公司开发的专业三维造型及加工软件Cimatron-E对其进行结构设计、曲面造型及加工编程，应用ETA公司开发的板料成形模拟软件DYNAFORM对复杂形状汽车覆盖件的成形过程进行三维有限数值模拟，分析其冲压成形过程中板材成形性，根据所得结果给出优化方案，最终形成一套复杂拉延件件成形过程的数值仿真及加工模拟编程体系。　　以复杂形状拉延件件中的典型工件汽车发动机油底壳作为具体研究对象，首先对其进行三维CAD造型。在Cimatron-E系统中，利用实体造型技术的各种方法，包括拉伸、剪切、倒圆角、导动、抽壳等，对发动机油底壳及其拉延件进行了虚拟设计，不仅使其在视觉上达到美观要求，在质量方面也达到了要求。然后以拉深件的模型为基础，通过模具型芯创建命令，利用布尔运算，完成了拉深凸模、凹模及压边圈的造型。　　以创建的CAD三维模型为基础建立拉深成形过程的三维有限元模型，选用单步拉深工艺作为研究对象，选择了模拟表面单元数、摩擦系数等参数，进行了多次模拟，根据模拟结果对比分析了以上诸参数对成形工艺的影响。确定了适宜的表面单元数和摩擦系数，较好的满足了模拟的需要。　　发动机油底壳成形的拉延过程主要有单次拉延和多次拉延两种，由于单次拉深效率高、模具制作简单，故以单次拉深工艺为研究对象更具有实际意义。通过大量的计算机模拟计算，确定了压边力、凸模初始速度和拉深筋的设置等为影响成形质量的几个主要因素。压边力过小容易产生起皱，而如果过大会使金属流动阻力太大从而产生破裂；拉深筋可以增大进料阻力，有利于斜坡部分的形成，提高了发动机油底壳件刚度和减少因变形不足而产生的回弹、松弛、扭曲、波纹及收缩等，防止拉深成形时悬空部位起皱和畸变。通过对比分析各因素对模拟成形结果的影响，确定了它们合适的取值，从而可以对发动机油底壳的成形工艺作出较为合理的优化，提高了发动机油底壳成形的质量。　　 CimatronE树立了CAD/CAM整合的标准。统一的工作环境和连贯性的工具贯穿到整个CAD/CAM中。由于CimatronE软件CAD/CAM的一体化，避免由于临时要进行任何必须的曲面编辑和轮廓定义修改都要进行不同应用程序的切换与信息反复交换，提高了技术人员的工作效率。　　复杂形状拉延件是一种应用广泛而又成形复杂的拉深工件，针对目前国内对此类零件的数值模拟多建立在不同平台和采用不同方法。本文提出一套对此类零件成形过程数值模拟的模式化研究方案以及加工过程中的实际应用方案，为复杂形状拉延件模具的设计和制造有着极其重要的实用研究和指导作用。
作者：	王强
专业：	材料工程
导师：	郝滨海;王学峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文