【正文】 ............................................................. 10 剛塑性 /剛粘塑性有限元求解過程 .......................................................................... 12 本章小結 ................................................................................................................... 13 3 轉向節(jié)鍛造工藝設計 .................................................................................14 轉向節(jié)典型生產工藝 ............................................................................................... 14 轉向節(jié)鍛造工藝分析 ............................................................................................... 15 模具設計 ................................................................................................................... 18 本章小節(jié) ..................................................................................................................... 18 4 轉向節(jié)鍛造工藝模擬 .................................................................................19 有限元模擬系統(tǒng) ....................................................................................................... 19 Simufact 軟件功能介紹 ............................................................................................ 20 轉向節(jié)鍛造數(shù)值模擬模型的建立 ........................................................................... 22 鐓粗工步模擬結果分析 ........................................................................................... 25 擠壓成形過程模擬結果分析 ................................................................................... 27 預鍛模擬結果分析 ................................................................................................... 30 終鍛模擬結果分析 ................................................................................................... 33 采用 Simufact 軟件優(yōu)化設計模具實例 ................................................................... 35 本章小結 ................................................................................................................... 38 目錄 5 轉向節(jié)熱鍛模的再制造技術 ......................................................................40 熱鍛模的失效方式 ................................................................................................... 40 熱鍛模焊接修復工藝 ............................................................................................... 42 熱鍛 模銑削工藝 ....................................................................................................... 45 轉向節(jié)鍛模再制造應用實例 ................................................................................... 50 本章小結 ..................................................................................................................... 50 6 總結 .............................................................................................................52 致 謝 .................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 本文以 斯太爾載重汽車轉向節(jié)鍛件為研究對象，以 UGNX、 Simufact 軟件為基礎，對該產品的鍛造工藝流程進行了模擬分 析，并對其熱鍛模的再制造技術進行了系統(tǒng)研究。 首先 ， 介紹了 詳細 剛塑性／剛粘塑性有限元基本理論及其求解過程，為 建立 數(shù)值模擬 模型提供了 理論 依據(jù) 。 參考文獻 ...........................................................................................................53 緒 論 1 緒 論 課題的研究背景 鍛造是金屬加工的一種重要的工藝方法，它不僅生產效率高、原材料消耗少，而且可以有效地改善金屬材料的力學性能和組織。 然而，作為塑性加工行業(yè)整體來講，目前仍處于以經(jīng)驗和知識為依據(jù)、以 “試錯”為基本方法的工藝技術階段 。采用有限元數(shù)值模擬方法對鍛造過程進行模擬分析，可預測成形過程中的金屬流動情況、溫度、速度、應力應變、壓力等物理場量的分布及變化情況，以及模具應力及變形狀態(tài)，判斷鍛件是否產生折疊、充不滿和過熱等缺陷，以及模具是否會過早破壞， 可以指導工藝 和模具設計 ，大幅度縮短模具設計周期 ，降低制造成本 。在這種情況下，鍛造新工藝的開發(fā)對于汽車零件的生產尤為重要，而先進工藝模具設計方法將對提高汽車零件設計水平、縮短零件研制周期和降低成本起著舉足輕重的作用。切塊法分析中假設了主應力方向得到的平衡微分方程中的變量是一維的，在給定邊界條件后可以直接求出應力分布，但 其 解的精度取決于對問題的假設程度。在塑性加工中較簡單的問題上，上限法應用較多。 實驗 /解析法 實驗 /解析法是采用物理模型進行試驗模擬的方法，包括網(wǎng)格法、軟材料實物模擬法、密柵云紋法和光彈光塑性法等。應用于塑性成形領域的有限元法主要有剛 (粘 )塑性有限元法、大變形彈塑性有限元法等。 Euler網(wǎng)格是一個固定的參考框架，單元由節(jié)點連接構成，節(jié)點在空 間固定不動。有一些離散方法，例如有限差分法，僅當網(wǎng)格極其細密時，離散方程才滿足積分守恒；而有限體積法即使在粗網(wǎng)格情況下，也顯示出準確的積分守恒。報告給出了毛坯形狀和尺寸、鍛件形狀變化 ， 成形等效應變分布以及載荷 ——行程曲線等。模具制造 進入 一個以 模具計算機 輔助設計、 輔助制造 為主的新階段 ， CAD/CAM技術在鍛模開發(fā)過程中得到了極為普遍的應用 。 熱鍛模型腔復雜，加工較困難。 修復廢舊模具、提高模具壽命就成為降低鍛造成本的重要途徑之一 。再制造的重要特征是再制造產品的質量和性能達到甚至超過新品，成本只有新品的 50%，節(jié)能 60%，節(jié)材 70%，對環(huán)境的不良影響與制造新品相比顯著降低。 第三章 ： 研究 了 轉向節(jié) 典型生產工藝。剛塑性有限元法適于冷加工，剛粘塑性有限元法適于熱加工及應變速率敏感性材料的塑性變形過程。對剛 塑性 /剛粘塑性材料的基本假設如下：忽略變形材料的彈性變形；材料均質，各向同性；材料體積不變；不計體力和慣性力；材料的變形流動服從 LevyMises 流動法則。 采用罰函數(shù)構成的泛函為： dVdSuFdV V ijijiS iV F 2)(2 ??? ??? ?????? ?? () 式中， ? 為懲罰因子。 dSuFdVE iS iijV ij F ??????? ?? ??? )(＝ () 式中， )(ijE?? 表示塑性變形功率函數(shù)，是凸函數(shù)。如此迭代下去，直到速度修正量小到可以忽略。 (3) 組裝成總體剛度方程。汽車產量 的迅猛增長，對鍛造行業(yè)的 裝備和工藝技術水平提出了更高的要求。成形溫度低，節(jié)省能源。 (4)半封閉擠壓工藝 半 封閉擠壓工藝，兼有閉式鍛造和開式模鍛的優(yōu)點，其工藝路線為：下料 — 中頻感應加熱一墩粗 (去除氧化皮 )— 半封閉擠壓 — 終鍛 — 切邊 — 校 正 — 檢驗。由頭部、盤部和桿部三部分組成，屬復雜類鍛件。 圖 轉向節(jié)熱鍛件圖 Heat fing drawing of steering knuckle 轉向節(jié)的工藝設計采用熱擠壓 — 模鍛復合成形工藝，就是利用正擠壓將桿 部經(jīng)過三道工步擠出來，頭部伴隨熱擠壓而模鍛成形。 鍛件盤部可能出現(xiàn)的切邊變形在校正工步中得以校正，并使留有精壓余量的個別平面的尺寸達到鍛件圖 紙 的要求。所以，為避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，一定要嚴格控制坯料下料重量、始鍛溫度以及擠壓高度等工藝參數(shù)。 （ 3）模具設計： 轉向節(jié)鍛造主要成形模具的結構及類型等內容。它是由三部分組成：第一，工藝模型的建立，它包括變形毛坯及產品、模具、材料、工藝參數(shù)等方面的信息；第二，工藝模擬分析，它是分析模型的核心部分，它完成所分析工藝的各種力能參數(shù)、變量的結果數(shù)據(jù)，為最終的結果分析提供依據(jù)；第三，模擬結果的解釋與評價，如工藝參數(shù)優(yōu)化、產品幾何尺寸控制、微觀組織預報等等，這部分工作涉及到產品的技術要求、工藝規(guī)程以及利用大量實驗所確定的某一評價模型，如產品表面裂紋的生成模型。 （ 1）工模具幾何模型的 CAD接口 sfForming自身支持三維 CAD造型，可以直接建立毛坯的幾何模型，或者從各種 CAD軟件導入幾何模型，如 CATIA、 Pro/E、 UG、 Solidworks、 SolidEdge等。 模擬計算模塊 Simufact軟件的求解器將全球領先的非線性有限元求解器 求解器 ，提供有限元法（ FEM）和有限體積法（ FVM）兩種建模求解方法，具備快速、高效的求解能力。 軟件采用的固定在空間的有限體積 Eulerian網(wǎng)格技術，是一個固定的參考框架，單元由節(jié)點連接構成，節(jié)點在空間上固定不動。 轉 向節(jié)鍛造數(shù)值模擬模型的建立 幾何模型的建立 采用 UGNX 建立模具的三維幾何模型，然后另存為 STL 文件格式導入到 Simufact軟件中 。圖 、 。圖 ，由于摩擦的影響，可以看出毛坯兩端應變小，中部應變較大，心部應變較小，而外圓部分應變較大 。 擠壓成形過程模擬結果分析 擠壓工步是轉向節(jié)成形過程中的一個最為關鍵工藝，它起到預分配金屬的作用，需要通過模擬結果了解模具能否充滿、擠壓力的大小和鍛件表面是否會產生缺陷。 模擬參數(shù)的設定 圖 鐓粗工藝模擬圖 圖 閉式模鍛工藝模擬 Sim