[發明專利]一種多楔帶輪旋壓成形數值模擬的建模方法

有效

• 申請號: 201810519293.2
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108491673B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 王武榮;周敏;秦飛;嚴軍;陳世超;唐季平;韋習成;曹進
• 申請（專利權）人: 南通福樂達汽車配件有限公司;上海大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發明公開了一種多楔帶輪旋壓成形數值模擬的建模方法，包括確定旋輪、模具和坯料在空間上的幾何位置關系，其中根據工藝模型建立旋輪的運動軌跡，并對坯料進行網格劃分以及邊界條件設定。完成多楔帶輪旋壓成形仿真前處理建模并進行數值模擬迭代求解。通過后處理觀察粗齒和細齒旋壓成形后齒形輪廓，并對比模擬結果與目標零件的齒形輪廓，從而衡量仿真模擬結果的精確性。本發明建立多楔帶輪旋壓成形數值仿真平臺，其兼顧可算性與精確性，可用于指導多楔帶輪零件的實際生產，可有效降低生產成本，提高生產效率，縮短研發周期。

技術領域

本發明屬于塑性成形技術領域，涉及一種多楔帶輪旋壓成形數值模擬的建模方法。

背景技術

隨著技術的進步和社會的發展，我國汽車市場急速擴大，百姓對汽車的需求也隨著經濟的繁榮發展而逐漸旺盛。到2015年，我國的汽車保有量已經達到了6800萬量左右，汽車制造業成為我國制造業的重要支柱。同時，為了緊跟經濟發展的步伐，我國對汽車制造業提出了更高的要求。要求不斷提高汽車零部件的制造水平，提升國產汽車的質量。傳統的汽車發動機用齒類零件通過鑄造及車削加工成形，該成形方式零件會存在鑄造及加工缺陷，且會產生大量切削廢料，成品率和材料利用率都較低。除此之外，零件成形過程中未發生塑性變形加工硬化，強度同樣是該成形工藝的短板。而旋壓技術，這種無切削加工工藝，不僅能夠保證汽車零部件在制造成形過程中有很高的強度，同時能保證壁厚均勻，零件符合標準化程度，特別適用于性能好，檔次高的各種機動車輛的零部件加工生產。

隨著旋壓技術應用的日益廣泛，旋壓技術的發展不可避免的走向幾何形體復雜化和加工質量的高精度化，數值模擬的地位越顯重要。傳統的通過工藝試驗獲得成形工藝參數的方法已經難以適應現代化生產的需要，數值模擬方法在旋壓中的應用，給旋壓技術的深入研究提供了有力的手段，同時構建起了理論指導實踐的橋梁。但目前，國內外學者對于旋壓零件成形工藝的模擬研究大都集中于管材、筒形件和杯形件等形狀較為簡單的零件。對多楔帶輪零件的旋齒工藝數值模擬研究極少，源于其關鍵技術瓶頸。對于多楔帶輪零件旋壓成形的數值模擬其關鍵技術瓶頸主要在于以下兩個方面：

(1)建模方法的可算性。多楔帶輪零件旋壓實際工藝中坯料處于被上、下模合模夾持并帶動不斷自轉，自轉過程中，由于坯料上每一網格每一步長都存在相對位置的改變，大大增加了運算量。若一味考慮可算性而通過增大坯料網格減小網格數來降低運算量，又會引起輪槽成形過程中因網格較大無法描述輪槽底部和輪槽頂部成形而產生畸變，導致局部發生破裂或運算停止，無法完成輪槽成形工藝模擬。因此，在保證成形結果一致性的前提下，進行適當的簡化，選擇合適的仿真平臺，建立具有可算性的輪槽成形工藝模型是能否實現多楔帶輪輪槽旋壓成形的數值模擬的關鍵技術開發。

(2)運算周期與精度的平衡。鑒于旋壓塑性成形是典型的逐點、逐線的極短增量成形過程，其模擬采用動力計算迭代求解。其中，齒形與整體尺寸比相差較大，復雜度卻相對極高，因而為精確分析輪槽成形工藝過程中的材料流動需齒形計算模擬精度極高，劃分極細網格才能將其得以實現，網格數的增加勢必延長運算周期。因此，通過初始網格劃分類型、細分方法和計算過程中的網格重劃分條件等參數最優設置，平衡運算周期與模擬精度之間的矛盾，既滿足精度要求的同時又控制運算周期為可接受范圍，是多楔帶輪輪槽旋壓成形數值模擬的技術難點。

對于旋壓零件產品，一個新產品的研發要歷經旋輪模具設計、旋壓零件試模、檢驗成型質量、調整工藝參數等一系列繁雜的過程，不僅拖延了產品的開發周期，還增加了制造成本，而且缺乏較準確可靠的定量分析與計算，質量難以保證。因此基于有限元數值模擬軟件，建立具有可算性的旋齒工藝模型，并通過初始網格劃分類型、細分方法和計算過程中的網格重劃分條件等參數最優設置，平衡模擬精度與運算周期是非常必要的。

發明內容

本發明提供了一種多楔帶輪旋壓成形數值模擬的建模方法，其目的在于，能夠在當前的技術水平條件下實現對金屬坯料的輪槽旋壓成形，并為多楔帶輪輪槽旋壓成形的數值模擬提供了一種具有可算性且高精度工藝建模方法可用于指導多楔帶輪零件的實際生產，可有效降低生產成本，提高生產效率，縮短研發周期。