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支撑轴挤压模具有限元分析及组合凹模优化

张敏

   近年来,随着机械工业的飞速发展与世界各国制造业竞争的加剧,精密塑性成形技术作为先进制造技术的重要组成部分,已成为当今塑性加工领域重点研究和发展的方向之一。以挤压工艺代替传统加工成形工艺,可以节省能源和原材料、提高生产效率和产品质量、降低成本的目的。支撑轴是汽车部件中极为重要的承力零件,在汽车工业领域中有着非常广泛的应用。由于支撑轴属于大型挤压件,其生产过程是在较高的温度下进行的。因此,挤压模具工作在高温、高压状态下,模具的影响因素多,寿命较短。针对目前我国工业发展的现状,开展支撑轴挤压模具的研究,具有极为重要的现实意义。随着计算机硬件技术、有限元方法及计算机图形学等学科的迅猛发展,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仿真。应用有限元模拟技术可以得到挤压模具的各种力学性能参数,是模具强度校核和优化设计的有力工具。本文将专用有限元分析软件DEFORM和通用有限元软件ANSYS有效地结合起来,对非均布载荷下的组合凹模的应力分析和优化设计提供了新的依据。 建立支撑轴镦挤成形过程的有限元模型,采用DEFORM对成形过程进行了数值模拟分析。对温度场的分析作了初步探讨,分析了不同凸模压下量时模具的应力分布规律,镦挤结束时模具的应力最大,工作状态最为恶劣。同时,提取镦挤结束时凹模内壁上的节点作用力,为后续组合凹模应力分析和优化设计提供载荷条件。 由于整体式凹模不能满足模具材料的强度要求,本文分别选取了不同预紧圈外径和过盈量对两种工作状态下的组合凹模进行了FEM分析。存在一个合适的过盈量和预紧圈外径,能使组合凹模的强度达到最优,为以后的优化设计提供了技术支持。非均匀温度下,温度应力使内层的凹模得到进一步加强,同时也削弱了外层预紧圈的强度,可以通过适当地减少过盈量来提高模具的承载能力。 建立组合凹模的数学模型,分别对两层和三层组合凹模进行了FEM优化,得出了最优的预紧圈外径和过盈量。对优化后工作状态下和非工作状态下组合凹模进行了应力分析,两层组合凹模的预紧圈壁厚达到251mm,不易掌握和提高模具的热处理质量,最终选取三层组合凹模方案为最佳的优化设计方案。 本文最后对研究成果进行总结和展望,并提出存在的问题和进一步研究的方向。……   
[关键词]:组合凹模;挤压;数值模拟;应力分析;优化设计
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:山东大学2007年