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轮辋滚压过程仿真与成形工艺研究
| 论文题名： | 轮辋滚压过程仿真与成形工艺研究 |
| 关键词： | 轮辋加工;滚压成形工艺;数值仿真 |
| 摘要： | 长期以来，轮辋滚压成形工艺研究依靠传统的“试错法”，在过去取得一定的成绩。但这种方法调试时间长，成本高，不能适应目前企业所面临新技术的挑战，同时由于轮辋加工截面复杂、工艺参数多和工序多等特点，人们尚未完全有效地掌握轮辋成形规律并控制加工质量这一重要难题。近年来，在能源和环境的压力下企业纷纷把研究重点投向了高强钢轮辋，由于现有技术条件的限制，要想深入掌握各种型号产品的成形工艺，仅仅依靠理论解析或实验研究比较困难。 目前，计算机技术的飞速发展和有限元技术的不断成熟给工程研究带来了一场革命。有限元分析已经成为工程设计和应用分析不可或缺的主流手段。对高强钢轮辋滚压成形工艺进行数值仿真建模，不仅可以预测成形性能，较为准确地了解应力应变和成形质量等情况，还可以进行成形质量敏感因素分析及工艺优化，科学地指导工艺设计和成形质量控制，缩短产品设计周期，节约生产成本。 本文主要工作是，在有限元软件ABAQUS 上探讨轮辋多工步滚压过程数值仿真建模方法，并进行某轮辋成形质量敏感因素分析和实际工艺改进工作，开展了轮辋滚压成形过程的三维弹塑性有限元数值仿真建模问题，研究滚压成形过程中有限单元、求解算法、仿真加载速度和导向轮建模等，其中重点讨论导向轮与坯料的接触建模方法。针对滚压工艺边界条件复杂性，采用虚拟弹簧来模拟导向轮真实气缸，实现滚压工艺中导向轮和坯料间的接触。研究表明，在ABAQUS/Explicit模块上通过选取壳单元和导向轮与坯料的柔性接触等方法可以获得准静态求解及满意的计算效率。以此为基础，完成了某14 寸车轮轮辋的多工步数值仿真（扩口和3 步滚压工序）。仿真结果与实验值比较表明，本文所建立的轮辋滚压过程仿真建模方法及其多工步数值仿真是可信的，为进一步理解工艺规律和控制成形质量提供有效方法。 轮辋成形多工步数值仿真显式，轮辋成形过程各工序中轮缘圆角处厚度减薄量最大，其次是凹槽底部靠近轮缘圆角处。基于数值仿真及正交试验设计方法，考察了材料参数和工艺参数对轮辋滚压成形质量缺陷（圆角减薄）的影响。敏感因素分析表明，对所研究因素中敏感性从大到小依次为板料厚度、屈服强度、摩擦系数、应变强化指数，为工艺质量控制提供了科学依据。最后，针对工厂提出的各道工序加工时间不均匀的问题，对轮辋工序件的几何尺寸进行重新设计，以减少一滚加工时间，并进行新工艺数值仿真。工艺数值仿真结果表明，实际问题可以得到一定改善，且新工艺的零件尺寸满足要求，而圆角减薄略有加大趋势，但仍满足工业制造要求。这对解决上述实际问题提供工程上可行性参考。 |
| 作者： | 王慧玲 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 金隼 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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