汽车轮毂旋压成形过程的有限元数值模拟

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1、万方数据第31卷第4期2008年4月合肥工业大学学报(自篡科学版)JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGyVok31No．4Apr．2008汽车轮毂旋压成形过程的有限元数值模拟孙丽丽，聂爱琴，胡小建，薛克敏(合肥工业大学材料科学与T程学院，安徽合肥230009)摘要：文章利用弹塑性理论方法，建立了汽车轮毂旋压的合理力学模型；采用成形分析软件DEFORM-3D对轮毂旋压的整个成形过程进行有限元数值模拟，得到了各道次下的应力应变分布效果图及相应的曲线图}分析了变形区的应力、应变分布规律，为有效地进行工艺研究、优化工艺参数提供了

2、方法和依据。关键词：汽车轮毂；拉深旋压；数值模拟中图分类号·TG386文献标识码：A文章编号：1003—5060(2008)04一0552一04FEnumericalsimulationofautomobilehubspinningformingprocessSUNLi-li，NIEAi-qin，HUXiao-jian，XUEKe-min(SchoolofMaterialScienceandEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230609，China)Abstract：Afiniteelementmo

3、delforautomobilehubspinningisestablishedbymeansoftheelastic-plasticmethod，andtheformingprocessofautomobilehubspinningissimulatednumericallywiththeformingsoftwareDEFORM-3D．Thecurvesofformingbydifferentpathsarepresentedandthedistri～butionregularityofstressandstrainintheformingzonei

4、sanalyzed．Theresultsareusefultothestudyofthehubspinningprocessandoptimizationofthetechnologicalparameters．Keywords：automobilehub；drawingspinning；numericalsimulation0引言旋压是将金属平板毛坯或预制毛坯卡紧在旋压机的芯模上，由主轴带动芯模和坯料旋转，利用旋轮对坯料施加压力，产生连续逐点的塑性变形，从而获得各种母线形状的空心旋转体零件的加工方法[1_4

5、。拉深旋压是旋压成形中最常用的一种成形方法，

6、它分为简单拉深旋压和多道次拉深旋压，而多道次旋压以其成形过程重复性好、变形稳定较为常用。轮毂是车辆行驶时的主要部件之一，直接影响着车辆行驶的安全。近年来，汽车轮毂的生产开始逐渐采用旋压工艺。某汽车轮毂零件如图1所示。本文采用DEFORM-3D软件[5]对该零件多道次拉旋成形过程进行模拟，探讨变形过程中应力应变的分布规律，为工艺参数的确定与优化提供依据。图1汽车轮毂零件图1弹塑性有限元模型建立本文采用的有限元基本理论[6]是根据Mises屈服准则按Prandtl-Reuss方程来确定弹塑性本构矩阵，其增量形式可表示为△鳓=Do肼△％(1)其中，△∞为应力增

7、量张量；△￡#为应变增量张量；D。埘为弹塑性本构矩阵。则Do盯一丁乞l＆以+r兰矽。乩一收稿日期：2007-04—28；修改日期：2007-07-05作者简介：孙丽丽(1981一)，女，河南鹿邑人，合肥工业大学硕士生f薛克敏(1963一)，男，安徽蚌埠人，合肥工业大学教授，博士生导师．万方数据第4期孙丽丽，等：汽车轮毂旋压成形过程的有限元数值模拟553可鞫lfJ"IQ’2毋(1+号H半)J“。其中，H为硬化系数；E为弹性模量；p为泊松比；／。为应力偏张量。1．1模型离散化在拉深旋压过程中，坯料和芯模一起作旋转运动，旋轮作轴向进给运动，如图2所示。芯模＼＼

8、．竣r／／尾巧一l(、。吻J国，___·_--一．八圈2拉深旋压原理图其变形过程属于连续的局部塑性变形，工件处于三维受力状态。本文中轮毂多道次拉深旋压模拟所采用的参数见表1所列。表1轮毂旋压数值模拟参数根据表1中的旋轮、坯料和芯模尺寸，建立轮毂旋压有限元模型，如图3所示。圈3有限元模型本文采用四节点四边形单元对坯料进行网格划分，毛坯划分为30521个节点，10362个单元，其网格图如图4所示。其中芯模与旋轮定义为刚性体，变形毛坯定义为弹塑性体。图4毛坯网格图模拟所用的毛坯材料为20Cr，其力学性能参数为：屈服强度crs一540MPa，抗拉强度观=835M

9、Pa，泊松比／z=0．30。为了便于有限元分析运算具有较高的求解精度，本文在模拟