发动机多楔带轮旋压成形仿真的研究

摘要

旋压成形法作为最新的多楔带轮加工方式，正逐渐取代传统的铸、锻切削多楔带轮的加工方式。旋压多楔带轮以其重量轻、精度高、节能、良好的动平衡等特点，广泛应用于汽车、航天器、家电等行业。
　　本文运用材料非线性本构关系、动力显式有限元法以及准静态分析法等多楔带轮有限元基本理论，在深入研究多楔带轮旋压成形工艺的基础上，以多楔带轮A为研究对象并基于有限元分析软件ABAQUS/Explicit，建立了有效可行的多楔带轮旋压数值仿真模型。通过对旋压仿真过程中各个工步的应力应变分布、速度位移分布、旋轮载荷分布的研究，揭示了材料的流动规律及成形机理。
　　结合实际设计经验，对多楔带轮的毛坯设计方法以及成形工艺的选择方法进行了总结。通过对多楔带轮A进行试验研究，并和实际的成形进行了对比分析，一方面验证了所建立的多楔带轮旋压成形有限元模型的正确性，另一方面通过仿真分析还解决了旋压过程中出现的缺陷问题，取得了良好的效果。在水泵带轮B的试验研究过程中，通过改变成形工艺流程，解决了其“凸台”缺料的问题;另外，针对旋压多楔带轮普遍存在的折叠纹问题以及扭矩测量试验条件的局限性，提出了压脱-扭矩试验，用以估算存在折叠纹的零件的扭矩是否满足技术要求。
　　探讨了整形轮的工艺参数（径向进给量f、相对安装距离h、旋轮高度H）对“鼓形”成形的影响:整形轮的径向进给量和相对安装距离主要影响“鼓形”成形的对称性，对称性太差会造成增厚工步的成齿区缺料;整形轮的高度主要影响“鼓形”成形的大小，“鼓形”太小会造成增厚工步的成齿区不能增厚。通过对多楔带轮C的“凸台”成形的改进情况来实际验证了整形轮对成形的重要性，效果明显。
　　针对实际生产中旋压终成形轮边齿容易断裂的问题，通过仿真分析，确定了终成形轮边齿容易断裂的原因是预成形轮的成形角设计不合理以及旋轮相对装配位置误差过大造成的。在保证装配相对位置误差的前提下，通过一系列仿真分析确定了合理的预成形轮成形角，使得旋压轮寿命有明显提高。
　　通过以上多楔带轮旋压成形试验对比分析的结果表明，本文所建立的多楔带轮旋压成形仿真方法可以用于多楔带轮的成形分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 多楔带轮加工的发展概况

1．2．1 铸、锻-切削成形加工方法

1．2．2 塑性成形加工方法

1．3 多楔带轮旋压成形数值仿真方法的研究现状

1．3．1 常用旋压成形数值仿真软件

1．3．2 旋压成形数值仿真建模的特点

1．3．3 国内外旋压数值仿真方法应用现状

1．4 本课题选题背景以及研究意义

1．5 本文主要研究内容

第二章 多楔带轮旋压数值仿真建模

2．1 引言

2．2 多楔带轮旋压成形仿真的理论基础

2．2．1 连续体的离散化

2．2．2 材料非线性本构关系

2．2．3 动力学显式有限元法

2．2．3 准静态分析法

2．3 多楔带轮旋压数值仿真建模

2．3．1 传统仿真建模方法的缺陷

2．3．2 模型构建

2．4 本章小结

第三章 多楔带轮旋压成形机理研究

3．1 引言

3．2 旋压多楔带轮的毛坯设计与成形工艺选择

3．2．1 毛坯设计

3．2．2 成形工艺选择

3．3 多楔带轮旋压成形过程中的应力应变分布

3．3．1 成形过程中的应力分布

3．3．2 成形过程中的应变分布

3．4 材料流动规律研究

3．4．1 成形过程中的位移场和速度场分布

3．5 成形过程中的载荷曲线分析

3．6 本章小结

第四章 多楔带轮旋压成形的试验研究

4．1 引言

4．2 旋压多楔带轮A的试验研究

4．2．1 试验准备

4．2．2 多楔带轮A的旋压成形试验验证

4．2．3 多楔带轮A在实际生产中的产品缺陷

4．3 水泵带轮B的试验研究

4．3．1 水泵带轮B旋压缺陷的形成机理及工艺改进

4．3．2 压脱-扭矩试验研究

4．4 本章小结

第五章 多楔带轮旋压成形工艺参数对成形的影响

5．1 引言

5．2 整形轮对“鼓形”成形的影响

5．2．1 整形轮径向进给量f对“鼓形”成形的影响

5．2．2 整形轮底面距离芯模的距离h对“鼓形”成形的影响

5．2．3 整形轮的高度H对“鼓形”成形的影响

5．2．4 “鼓形’’质量对成形的影响的试验验证

5．3 旋轮的轮齿断裂原因分析与成形角对旋轮受力的影响

5．3．1 终成形旋轮的轮齿断裂的原因分析

5．3．2 预成形轮成形角对旋轮终成形旋轮受力的影响

5．4 本章小结

结论及展望

1．结论

2．展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果