前轴精辊成形过程的三维有限元数值模拟

摘要

辊锻是金属塑性成形中的重要加工方法之一.随着计算机技术的飞速发展,对辊锻工艺的全过程进行数值模拟不但成为可能,而且对于控制辊锻件质量、优化模具设计和揭示辊锻过程中一些微观和宏观形变机理具有重要的意义.前轴精密辊锻工艺难度大,模具设计主要是靠查手册,用经验公式来确定的模具参数.这种设计方法往往与实际情况相差较大,造成现场调试时间长、模具修改次数多等实际生产问题.而借助于计算机和有限元技术对前轴辊锻采用三维有限元数值模拟,揭示辊锻过程中金属流动的实际规律,通过调整模具参数和工艺参数、可以得到理想的应力场和应变场,对指导模具设计,提高成形精度,减少试模成本,节约试模时间具有实际意义.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2数值模拟的概念、特点及数值模拟与物理模拟的区别

1.3成形辊锻过程的研究在国内外的发展概况

1.3.1前轴辊锻在国外发展的现状

1.3.2国内前轴锻件的典型生产工艺

1.4刚塑性有限元模拟在金属塑性加工中的应用

1.5课题来源及背景

1.6本课题的意义和主要研究内容

1.6.1本课题的意义

1.6.2主要研究内容

第二章前轴辊锻过程的三维刚塑性刚粘塑性有限元基础

2.1引言

2.2刚塑性流动理论的基本假设和方程

2.2.1基本假设

2.2.2塑性力学基本方程

2.2.3刚塑性/刚粘塑性有限元的变分原理

2.3刚塑性/刚粘塑性有限元的求解列式

2.3.1离散化及线性化

2.3.2节点坐标及速度的矩阵形式

2.3.3单元应变速率矩阵

2.3.4单元的刚度矩阵

2.3.5刚度方程的求解

2.4本文进行有限元模拟的方法

2.5非线性问题的求解处理

2.6本章小结

第三章优化前轴辊锻工艺方案及辊锻模具的设计

3.1引言

3.2前轴辊锻件的特点

3.3辊锻模具设计

3.3.1对辊锻精制坯锻件的辊锻工艺分析

3.3.2辊锻模设计步骤

3.3.3辊锻各道次轧制孔型的选用

3.3.4辊锻模中心角的大小(总角度)

3.4前轴精辊整体模锻的基本原理

3.5该工艺的关键技术和创新点

3.6辊锻成形的过程中还存在着以下五个技术难点

3.7本章小结

第四章辊锻过程的参数化建模研究

4.1引言

4.2 Unigraphics(简称UG)简介

4.2.1 UC的发展概况

4.2.2 UG软件的功能特点

4.3几何建模流程图

4.4自由形状建模过程中的方法和手段

4.5辊锻模的建模过程

4.6辊锻模建模的精度分析

4.7辊锻模造型的难点

4.8本章小结

第五章前轴辊锻过程的刚塑性有限元数值模拟的问题与分析

5.1引言

5.2平台介绍

5.3模拟过程中遇到的几个问题及解决的办法

5.3.1前轴辊锻模拟初期的接触问题

5.3.2模拟过程中边界条件的处理

5.3.3约束问题

5.3.4摩擦机理

5.3.5网格重划分

5.4前轴第一道辊锻过程的数值模拟

5.5前轴第三道辊锻过程的数值模拟

5.5.1模具型腔与辊锻件形状的对应问题

5.5.2修改前后弹簧座两端对金属流动的影响

5.6本章小结

第六章前轴辊锻过程的刚塑性有限元数值模拟结果与分析

6.1引言

6.2有限元数值模型及工艺参数

6.3有限元数值模拟结果与分析

6.3.1第一道模拟结果与分析

6.3.2第二道模拟结果与分析

6.3.3第三道模拟结果与分析

6.3.4第四道模拟结果与分析

6.4本章小结

第七章结论

参考文献

致谢

在学期间从事的主要课题