汽车轮毂轴承单元精锻成形工艺分析及有限元模拟

摘要

轮毂轴承是汽车上一个非常重要的零部件，其主要作用是承受汽车的重量及为轮毂的传动提供精确引导。随着前轮驱动汽车的广泛普及，轴承和其它零部件的一体化技术得到了飞速发展。为了满足减轻重量、减小体积和安装方便的要求，轮毂轴承逐渐发展成为轮毂轴承单元。本课题的研究正是基于此，对新型轮毂轴承单元的成形新工艺进行探索和研究，提出了精密闭式锻造成形新工艺，可有效提高材料利用率，降低生产成本。 本文通过对第三代轮毂轴承单元结构形状的分析，结合热模锻成形的相关理论，设计了合理的轮毂轴承单元精密锻造工艺设计流程，制定了不同的锻造成形工艺方案。对型号为DOE—31152的轮毂轴承单元外圈进行了三维实体造型及预锻件设计，制定了模拟优化设计流程。利用有限元模拟软件DEFORM对其预锻、终锻成形过程进行了有限元模拟。通过数值模拟分析，优化了预制坯的尺寸、预锻件的连皮厚度及模具结构，研究了模具预热温度、润滑条件对成形载荷的影响，达到了优化成形工艺参数、模具结构及消除成形缺陷的目的。全面分析了轮毂轴承单元锻造成形过程中金属的流动规律，等效应力、应变和温度场的分布情况以及行程——载荷曲线。 通过本课题的研究，将热模锻工艺、有限元理论、数值模拟仿真技术及模具CAD技术结合起来，达到了缩短产品开发周期、提高材料利用率及模具寿命、降低生产成本等目的。本课题的研究成果对同类复杂形状的轮毂轴承单元的生产以及相关的模具设计提供了理论和实践依据，对实际生产具有指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题背景

1.2国内、外研究现状

1.2.1汽车精密成形技术的发展现状

1.2.2轮毂轴承单元的发展过程

1.2.3轮毂轴承单元的研究现状

1.3有限元模拟在金属塑性成形中的应用

1.3.1有限元模拟在锻造成型中的研究与应用

1.3.2国内外CAE技术应用现状

1.4课题来源及主要研究内容

1.5本章小结

第2章 刚粘塑性有限元理论及方法

2.1引言

2.2刚粘塑性有限元基本方程

2.2.1刚粘塑性有限元法的基本假设

2.2.2塑性力学基本方程

2.3刚粘塑性有限元的变分原理

2.3.1理想刚塑性材料的变分原理

2.3.2刚塑性材料不完全广义变分原理

2.3.3刚粘塑性材料的变分原理

2.4有限元分析软件及简介

2.4.1 DEFORM软件简介

2.4.2 DEFORM主要功能

2.4.3 DEFORM系统组成

2.5本章小结

第3章轮毂轴承单元精锻成形工艺分析

3.1热锻工艺简介

3.2轮毂轴承单元精锻成形工艺分析

3.2.1轮毂轴承单元分类

3.2.2轮毂轴承单元材料

3.2.3轮毂轴承单元成形工艺分析

3.2.4生产工艺关键技术

3.3本章小结

第4章有限元模拟关键技术问题的处理

4.1有限元模型的建立

4.2边界条件的处理

4.2.1动态边界条件的处理

4.2.2摩擦边界条件的处理

4.3模型网格划分

4.4畸变网格的重划分

4.4.1网格畸变判据

4.4.2新网格系统的生成

4.4.3新旧网格之间的数据传递

4.5体积损失的控制

4.5.1体积损失的影响因素

4.5.2体积损失的控制措施

4.6材料参数设置

4.7本章小结

第5章轮毂轴承单元精锻成形有限元模拟

5.1模型简化及优化设计流程

5.2预制坯尺寸对成形性能的影响

5.3连皮结构尺寸对成形性能的影响

5.3.1连皮厚度S=4.2mm时模拟结果分析

5.3.2连皮厚度S=5.6mm时模拟结果分析

5.3.3连皮厚度S=7mm时模拟结果分析

5.4终锻成形有限元模拟分析

5.5工艺参数对预锻成形载荷的影响

5.5.1模具预热温度的影响

5.5.2润滑条件的影响

5.6本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文