《汽车车轮轮辋模具设计及计算机模拟》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车车轮轮辋模具设计及计算机模拟（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、*大学学士学位论文摘要模具行业的技术水平标志着一个国家制造业的整体实力，所以模具行业一直是各国政府重视的行业之一。随着计算机的发展，模具的设计和加工技术有了很大的进步。各种三维软件为模具的设计提供了，更为便利和广阔的平台。滚压模具作为其中之一，其加工回转体空心件的方法和工艺非常特别。滚压模具的凸模和凹模是通过电动机带动的滚轮，电动机带动这种凸模和凹模旋转，轮辋的形状就是通过滚型上下模对金属坯料施加压力迫使金属在上下模间产生塑性变形而成形的。本论文的工作是首先介绍了我国模具的发展现状以及与滚压模具的设计与发展有关的的情况。然后在熟练掌握冲压成型模具的设计原理的基础上，重点以汽车车轮轮辋为设计对象
2、，对轮辋进行工艺分析，并基于PRO/E进行三维造型，模具的设计，以及三维模架的设计。此外，还利用有限元分析软件ANSYS对其中的工艺过程进行了静力分析。关键词: 轮辋；模具设计；ANSYS模拟分析ABSTRACTMold marks the skill level of the industry of a countrys overall strength of the manufacturing sector, so the industry has always been a die States that a government attaches great importance to
3、 one of the industry. With the computers development, mold design and processing technology have made great progress. A variety of three-dimensional software for mold design, give more convenient and broad platform.Roll one die as one of the hollow rotary processing methods and technology of a very
4、special one. Rolling punch die and die by the wheel drive motor, motor drive that punch and die rotation, the shape of the rim through the upper and lower roller-type mode of metal billets to exert pressure on the metal mold in the upper and lower plastic deformation leads to and shape.In this paper
5、, the work is first introduced the development of Chinas mold and die design and flow-development situation. And then stamping master mold design principle based on the focus of a car wheel rim for the design of objects, on the rim for process analysis, and based on PRO / E three-dimensional modelin
6、g, mold design, as well as the design of three-dimensional mold. In addition, the use of finite element analysis software ANSYS process for which a static analysis.Keywords: Rim; Mold design; ANSYS simulation analysis目录摘要ABSTRACT1绪论11.1 模具的发展现状11.2 模具的分类11.3 设计内容及任务42 三维造型方法及软件介绍52.1 曲面造型法概述52.2 曲面造
7、型软件Pro/Engineer概述93 轮辋工艺分析及模具结构设计133.1 三维建模过程133.2 总体分析 总体设计思路163.3 模具具体结构设计204 成型设备的选择264.1 设计冲压力与压力中心 初选压力机264.2 压力机的最终确定275 基于ANSYS的有限元静力分析295.1有限元法和有限元模拟软件ANSYS简介295.2 基于ANSYS的计算机辅助分析386 设计总结48致谢49参考文献50附录.51491绪论1.1 模具的发展现状模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中60%到90%的工业产品需要使用模具，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和研制在
8、很大程度上都依赖于模具生产。作为制造业基础的机械行业，其粗加工的75%和精加工的50%都将依靠模具完成，因此，模具工业已经成为国民经济的重要基础工业。中国加入WTO以来，积极发展汽车工业，并保持连续增长势头，从而带动了模具工业市场的进一步繁荣。随着工业生产的不断发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。1.2 模具的分类 根据模具成型材料、工艺和设备的不同可以分为冲裁模、塑料模、压铸模、锻模、粉末冶金模、橡胶模、玻璃模、陶瓷模。根据模具的结构形式可以分为以下5种：（1）敞开模：结构简单，
9、尺寸小、重量轻、制造易、成本低，但寿命低、精度差，适于精度要求不高、开头简单、小批量或试制的冲裁件。（2）导板式：精度比敞开模高，适于开头简单，工件尺寸不大的冲裁件。要求压力机行程不大于导板厚度。（3）导柱式：导柱导向保证冲裁间隙均匀，冲裁件的工件尺寸精度高，模具使用寿命长，安装方便，适于大批量生产。（4）连续模：条料要求精确定位，使内孔与外形相互位置精度得到保证。生产率高，具有一定的冲裁精度，适于大批量生产。（5）复合模：冲裁件的内外形相互位置精度高，适合于大批量生产。 其中常见冲压模具有冲裁模、弯曲模、拉深模。此外，成形及新技术还有胀形、翻边、缩口、校形、旋压。轮辋的滚压成形工艺就属于旋压
10、工艺。1.2.1 滚压加工的特点轮辋的制造工艺有两种方式：第一种是用异型钢材卷圆制成轮辋，再与轮辐焊接成车轮；第二种是用板材卷圆后焊接呈圆筒状结构再经数次滚压形成所需轮辋断面形状，再与轮辐焊接成车轮，用滚形工艺制的轮辋可达到等强度要求，因此重量轻、形状精度高。本毕业课题拟采用第二种制造工艺进行设计制造。这种轮辋滚压加工属于旋压成形，轮辋的形状是通过滚型上下模对金属坯料施加压力迫使金属在上下模间产生塑性变形而成形的。旋压加工是制造薄壁筒形件的一种高效加工方法。其按旋轮进给方向与毛坯材料流动方向的异同分为正旋和反旋,包括起旋、稳定旋压和终旋3个阶段。成形中的工件可划分为3个区域,即未成形区、成形区
11、和已成形区,材料所受到的应力、应变在不同阶段也具有不同的特点。由于受到的影响因素众多,在旋压成形过程中通常存在着一定的生产缺陷。轮辋作为车轮的关键零件，其制造质量的好坏直接影响到车轮乃至整车的各项性能。车轮是车辆承载的重要部件，其质量直接关系到人的生命安全。汽车车轮承受着车辆的垂直负荷、横向力、驱动（制动）扭矩和行驶过程中所产生的各种应力，它是高速回转运动的零件，要求尺寸精度高、不平衡度小，支撑轮胎的轮辋外形准确、质量轻，并有较强的刚度、弹性和耐疲劳性。因此要求车轮具有足够的负载能力及速度能力、良好的缓冲性和气密性、良好的均匀性和质量平衡性、精美的外观和装饰性、尺寸精度高、质量小、价格低、拆装
12、方便、互换性好等。轮辋作为车轮制造加工中的重要部件，其模具设计与制造的优劣有着极其关键的影响因素。1.2.2 滚压加工的发展趋势随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了旋压加工工艺和技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下：（1） 工艺分析计算方法的现代化；（2） 模具设计及制造技术的现代化；（3） 旋压生产的机械化和自动化；（4） 满足产品更新换代加快和生产批量减小的发展趋势，使冲压生产既可适合大量生产，又可适用与小批量生产；（5） 不断改进材料性能，以提高其成形能力和使用效果。1.3 设计内容及任务本课题以汽车车轮轮辋为对象，
13、用ANSYS作静力分析，并在PRO/E系统中进行三维模型的建模和模具的设计。过程如下：1、 对轮辋的工艺过程进行分析，并设计其加工模具；2、 模具工艺计算，包括凸模（上滚模）和凹模（下滚模）之间的间隙、凸模（上滚模）和凹模（下滚模）结构设计、冲裁力计算、模具的压力中心及封闭高度计算；3、 根据计算结果选择合理的冲压设备；4、 优化模具结构设计，包括冲裁模各种零部件的选择和设计；5、 利用三维软件做出所设计的模具的实体模型；将其模具设计完成之后，根据要求利用有限元软件对其成型过程进行分析及后处理，并对模具的合理性进行最终的论证。轮辋最终成形图：图1.1 轮辋2 三维造型方法及软件介绍2.1 曲面
14、造型方法概述曲面造型(Surface Modeling)是计算机辅助几何设计 (Computer Aided Geometric Design ,CAGD)和计算机图形学(Computer Graphics)的一项重要内容，主要研究在计算机图像系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。它起源于汽车、飞机、船舶、叶轮等的外形放样工艺，由Coons、 Bezier等大师于二十世纪六十年代奠定了其理论基础。如今经过三十多年的发展，曲面造型现在已形成了以有理B样条曲面(Rational B-spline Surface)参数化特征设计和隐式代数曲面(Implicit Algebraic Surfac
15、e)表示这两类方法为主体，以插值(Interpolation)、拟合(Fitting)、逼近(Approximation)这三种手段为骨架的几何理论体系。2.1.1 对曲面造型的简要回顾形状信息的核心问题是计算机表示，即要解决既适合计算机处理，且有效地满足形状表示与几何设计要求，又便于形状信息传递和产品数据交换的形状描述的数学方法。1963年美国波音飞机公司的Ferguson首先提出将曲线曲面表示为参数的矢量函数方法，并引入参数三次曲线。从此曲线曲面的参数化形式成为形状数学描述的标准形式。1964年美国麻省理工学院的Coons发表一种具有一般性的曲面描述方法，给定围成封闭曲线的四条边界就可定义一块曲面。但这种方法存在形状控制与连接问题。1971年法国雷诺汽车公司的Bezier提出一种由控制多边形设计曲线的新方法。这种方法不仅简单易用，而且漂亮地解决了整体形状控制问题，把曲线曲面的设计向前推进了一大步，为曲面造型的进一步发展奠定了坚实的基础。但Bezier方法仍存在连接问题和局部修改问题。到1972年，de-Boor总结、给出了关于B样条的一套标准算法，1974年Gordon和 Riesenfeld又把B样条理论应用于形状描述，最终提出了B样条方法。这种方法继承了Bezier方法的一切优点，克服了Bezier方法存在的缺点，较成功地解决了局部控制问题，
