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《基于deform_d的铝合金筒形件旋压成形过程数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、基于DEFORM_3D的铝合金筒形件旋压成形过程数值模拟导读：就爱阅读网友为您分享以下“基于DEFORM_3D的铝合金筒形件旋压成形过程数值模拟”资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92to.com的支持!基于DEFORM3D的铝合金筒形件旋压成形过程数值模拟刘陶龙思远(重庆大学材料科学与工程学院)摘要运用DEFORM3D有限元软件对铝合金筒形件旋压成形过程进行了数值模拟。通过在不同参数下的模拟,得出了一组较优的工艺参数,即:旋压温度为20,主轴转速为400r/min,壁厚减薄率为50%,旋轮进给率为0.75mm/r。同时分析了最优化模拟条件下工件变
2、形区的应力、应变状态,即在毛坯与旋轮的接触区,14等效应力和等效应变达到最大值。径向方向受到的力是旋压力的主要表现形式。关键词铝合金;旋压;数值模拟;DEFORM3D中图分类号TG146.2+1;TP311文献标志码A文章编号1001-2249(2010)06-0508-03DOI:10.3870/tzzz.2010.06.006收稿日期:20091201;修改稿收到日期:20100112第一作者简介:刘陶,男,1981年出生,硕士研究生,重庆大学材料科学与工程学院,重庆(400044),电话:15826190159,Email:ruoshayi
3、yuan@163.com旋压技术作为一种先进的塑性成形工艺,是先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,依靠主芯模和成形刀具使毛坯材料产生连续的、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[1~3]。铝合金筒形件旋压成形是制造汽车轮毂、车辆制动缸等薄壁件最有效的工艺方法之一。采用旋压工艺所得到的薄壁筒形件精度不逊于切削加工,而材料利用率、力学性能等方面都要优于切削加工,因此,这种方法越来越为人们所重视。DEFORM3D[4]不仅能够分析金属成形过程中多个关联对象耦合作用下的变形和热特性,而且能够在考虑变形
4、热效应以及工件与模具和周围介质热交换的情况下,14确定变形的应力、应变和温度分布,从而给铝合金旋压工艺优化和模具设计提供了明确的指导,为实际生产提供了理论支持[5,6]。本课题运用DEFORM3D软件建立铝合金筒形件仿真模型,对旋压成形过程进行了数值模拟。1模型的建立首先在三维造型软件Pro/E中建模,然后导入DEFORM3D。DEFORM3D具有强大的网格自动划分功能,所采用的单元类型是经过特殊处理的四面体,容易实现网格的自动划分。网格大小的选取以保证精度、尽量降低运算量为原则,同时又要能够准确反映零件的各个细微特征。因此采用四节点四边形单元对
5、毛坯进行网格划分,毛坯划分为41277个节点,184277个单元,其网格图见图1。其中毛坯定义为弹塑性体,芯模、旋轮与尾顶块定义为刚性体,不需要进行网格划分和材料定义。图1毛坯网格划分图2模拟方案的设定在实际加工中,芯模、旋轮、毛坯三者之间的相对运动比较复杂。一方面,毛坯和芯模在主轴的带动下做旋转运动;另一方面,旋轮沿着轴向进给,并且由于摩擦力的作用而绕自身轴心旋转。为了便于旋压过程的模拟计算和结果的准确性,在建立有限元模型时采用相对运动的方式,14即:假定毛坯和芯模、尾顶块固定不动,旋轮绕着X轴(旋转中心轴)沿毛坯表面做旋转运动和轴向运动,其摩
6、擦因数设定为0.12。将毛坯和芯模、毛坯和尾顶块的接触处定义成约束状态,芯模、尾顶块在X、Y、Z方向的位移和绕3个轴的转动速度均定义为0,这样模拟与实际的旋压过程就是等价的,其有限元模型见图2。影响铝合金旋压成形的工艺参数有很多,主要有壁厚减薄率、旋轮进给率、主轴转速、旋压温度等。考虑到实际生产中采用冷旋工艺,所以旋压温度取室温为20;主轴转速对旋压成形的影响较小,但是适当的转速可以改善零件表面的粗糙度并提高生产效率。当主轴计算机应用技术2010年第30卷第6期图2模型图转速高时,相当于单位时间内变形区的面积增加,有效限制了变形时材料的周向流动,
7、工件变形条件得以改善,保证了工件有较高的尺寸精度和表面质量,但是过高的转速会使机床产生震动,因此把主轴转速设定为400r/min。具体工艺参数数值见表1。表1旋压模拟工艺参数数值选择旋压温度t/主轴转速n/(rmin14-1)壁厚减薄率t/%旋轮进给率f/(mmr-1)2040030、50、700.5、0.75、1.03模拟结果分析与讨论选择表1中不同的壁厚减薄率和旋轮进给率进行组合,然后得到几组数值进行模拟。在每组模拟计算中,旋压温度和主轴转速均保持不变。图3表面粗糙的工件(壁厚减薄率为70%)图4起皮的工件(壁厚减薄率为30%,旋轮进给率为1
8、.0mm/r)壁厚减薄率反映了工件的变形程度,是壁厚减小量与初始壁厚的比值。在旋压过程中,减薄率是变形区的一个主要工艺参数,因为它直接影
