滤清器外壳拉深工艺的计算机辅助分析及工艺改进

摘要

滤清器外壳是由厚度仅为0.8mm钢板经多次拉深成形而成，拉深变形程度大，外壳内直径为φ107mm，外壳总高度为320mm，长径比高达3，这对滤清器外壳的拉深成形存在着极大的挑战。一次成形由于长径比大极易拉裂，虽然多道次的拉深工艺在一定程度上改善了拉裂现象，但是由于每道次之间的模具内径不同，会导致材料在法兰附近堆积起皱，进而使得外壳各处的壁厚分布不一，且容易生产残余应力，在高强度、高频率、长时间的循环脉冲应力作用下外壳容易生产局部疲劳最终导致开裂。为此，本文的主要研究工作如下:
　　(1)针对目前长寿命机油滤清器外壳零部件无法满足高强度、高脉冲次数的脉冲疲劳试验要求，对脉冲疲劳试验开裂有缺陷的外壳零部件开裂面取样进行化学成分分析和电镜分析并采用计算机辅助工程(CAE)有限元法对工件原有成形过程进行数值模拟，分析结果表明:断口处的化学成分符合标准要求，断口形貌有明显的疲劳裂纹特征，呈现海滩花样，原拉深工艺存在严重减薄与起皱等缺陷。因此，不合理的拉深工艺是导致外壳无法达到脉冲疲劳试验要求的主要原因。
　　(2)鉴于滤清器壁薄与长径比大等特点，拟采用外壳圆片料落料→第一次拉深→第二次拉伸→第三次拉深→第四次拉深（反拉深）→切边整形的工艺路线，通过重新计算设计各道工序的拉深工艺，并将初始设计方案进行计算机有限元分析，根据模拟的结果有目的地对各道工序的拉深系数，凸凹模具间隙，凸凹模圆角，压边力等参数进行优化。优化后的具体参数为:圆形毛坯直径为387mm，第一次拉深工件直径为220mm，第二次拉深直径170mm，第三次拉深直径135mm，第四次拉深直径109.8mm;四道拉深工序凹模圆角依次分别为R9，R7，R4，R4;四道拉深工序压边力依次分别为197KN，31KN，18KN，11KN;优化后的模具在各道次拉深过程中均没有出现拉裂现象，工件成形较好。最终外壳拉深件壳体厚度最薄处出现在筒形件圆角及直壁部位，材料变薄至0.652mm，最大变薄率仅为18.5％;轻微起皱现象只发生在拉深件的法兰圆角处，材料最厚处的厚度为0.893mm，增厚率达11.6％。
　　(3)为了充分验证优化后的模具结构与工艺参数的合理性，先后对各道次的拉深模具进行了重新制作并进行外壳件生产，还对优化拉深工艺所制作出来的工件进行脉冲疲劳试验。结果表明:优化拉深工艺所制作出来的工件顺利通过了滤清器的脉冲疲劳试验，基于三维板料成形软件DYNAFORM所优化后的模具结构与工艺参数是合理的，各道次的拉深模具关键零部件的结构设计、材料的选择、表面处理方式及模具使用保养均是恰当的。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外板料成形数值模拟技术的研究现状及在滤清器上的应用

1．3 本文研究的目的与意义

第二章 滤清器外壳失效模式分析研究

2．1 引言

2．2 长寿命机油滤清器产品技术特点

2．3 滤清器外壳开裂缺陷分析

2．3．1 滤清器外壳断裂面的分析

2．3．2 滤清器外壳化学成分分析

2．4 滤清器外壳零部件结构特点及现有拉深工艺特点分析

2．5 本章小结

第三章 初步设计

3．1 引言

3．2 拉深工艺计算

3．2．1 拉深毛坯直径的计算

3．2．2 拉深次数的计算

3．2．3 拉深工艺方案的确定

3．3 拉深力能参数的计算

3．3．1 拉深力的计算

3．3．2 压边力的计算

3．3．3 拉深总工艺力的计算

3．4 拉深模具工件部件尺寸计算

3．4．1 模具凸凹模的间隙的计算

3．4．2 模具凸凹模工作部分尺寸的计算

3．4．3 模具圆角的计算

3．5 本章小结

第四章 外壳拉深工艺的有限元分析及优化改进

4．1 引言

4．2 各拉深工序拉深工艺的有限元分析

4．2．1 第一次拉深模拟分析

4．2．2 第二次拉深模拟分析

4．2．3 第三次拉深模拟分析

4．2．4 第四次拉深模拟分析

4．3 本章小结

第五章 模具工程图设计

5．1 引言

5．2 落料模设计

5．3 第一道至第三道拉深模设计

5．4 第四道反拉深模设计

5．5 第五道切边整形模

5．6 模具关键零件结构设计及表面处理

5．7 本章小结

第六章 实验验证

6．1 引言

6．2 拉深工艺验证前的材料准备

6．3 工件试制拉深验证

6．4 脉冲疲劳试验

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 展望

参考文献

致谢