多道次轮毂旋压成形数值模拟技术与仿真分析

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1、万方数据长春工业大学硕士学位论文1．1引言第一章绪论汽车轮毂具有承载车体重量、体现车辆美观、在车辆行驶时是车辆与行驶路面之间的力学联接元件的作用，同时汽车轮毂也对车辆行驶时的制动转向等性能有着重要的影响。根据车辆类型的不同，所选用的汽车轮毂的材料也有所不同，对于较大型的卡车客车等一般选用钢制轮毂，而对于重视美观和轻便的大多数轿车而言则选用的是合金类汽车轮毂。除了钢制轮毂外，便主要是合金类轮毂【lJ。当前汽车轮毂生产竞争较为激烈，这促使汽车轮毂成形技术有了很大的发展和进步，随着旋压工艺的快速成熟的应用于实际成产，使得此种较为先进的成形技术越来越多的应用到轮毂生产行业，并不断改进着。目前，在国外，

2、无论是旋压设备设计与制造、还是在旋压理论和工艺的研究方面均有很大的发展，其中对旋压成形工艺应用比较好的国家主要有德国、日本和美国等工业发达国家【2]，然而在我国，对旋压技术的研究与实际应用则是起步相对较晚，我国是在20世纪80年代初时，开始引进旋压机是用来进行无内胎车轮的生产，即为钢制车轮轮的变截面轮辋和等强度轮辐的生产。如一汽车轮分厂、济宁车轮厂、镇江钢圈厂等引进德国AS24．60CNC(KIESERLING)、美国AS23．60CNC(Autospin)、德国‘‘WF”公司的VFDlOlO／2CNC旋压机，都能使得旋压技术很好的运用到实际生产中去并满足零件的批量生产，但这并不能满足我国实际

3、的旋压技术发展要求，在旋压理论方面我国仍有很大的欠缺和不足，这很大的影响了我国旋压工艺的进一步发展和相应旋压成形设备的研发制造。所以，对旋压技术成形机理的更加系统的深层次的研究，将成为我国旋压技术发展成熟的一大重要举措。1．2旋压成形工艺特点及分类旋压成形技术实际上大都是通过旋轮对工件局部加压，使其能够成形为从简单到复杂的中空零件的成形工艺。旋压成形工艺除了可以制造薄壁筒形件或锥形弧形等回转体零件外，还可以进行工件的进一步拉深、缩径、翻边、收口等较多不同的成形工序。应用金属旋压工艺生产的产品大都具有很好条件的材料变形、材料利用率高、优良的产品性能和产品类型广泛等优点，被广泛应用于军工、汽车、航

4、空航天等金属材料加工精度有较高要求的领域。通常在实际的生产应用中，由旋压变形中工件的成形前后厚度是否发生改变可分为两类：普通旋压和变薄旋压。1．2．1普通旋压普通旋压成形通常以改变工件的形状为主要目的，而对于工件的厚度尺寸并不改1万方数据长春工业大学硕士学位论文变或并非刻意而产生较小改变的旋压成形过程，相应的变形特征为工件通过旋压变形后工件直径上产生扩张或收缩，或由平面形工件变形为曲面工件等，在这种旋压成形过程中工件的壁厚变化较小。普通旋压成形工艺常用的加工方式主要有拉深旋压、管形类零件的扩径旋压和缩径旋压三种。如图所示(a)拉深旋压(b)缩径旋压(c)扩径旋压1．己成形工件，2．未成形工件，

5、3．旋轮，4．尾顶或装夹，5．芯模图1．2几种典型普通旋压示意图图1-2(a)是锥形件的拉深旋压成形示意图，拉深旋压在普通旋压成形中是成形机理较为基本和应用较为广泛的成形方式，一般情况下是通过旋轮的进给挤压将装夹在芯模上并与其旋转的平板型工件加工成为中空的轴对称形零件，工件成形的内表面形状、尺寸以及质量等都是由芯模的外表面决定的，同时平板型工件随着芯模一起旋转，成形过程中旋轮进给与工件外表面局部接触挤压工件使其产生金属流动成形，若工件需要的成形力较小则选取单旋轮即可，然而在成形过程中应用单旋轮时无法保证工件的成形的均匀。拉深旋压主要是单道次旋压成形和多道次旋压成形两种旋压方式，单道次简单的拉深

6、旋压相比与多道次拉深旋压而言具有较小的极限拉深比，这很大限制了简单拉深旋压的应用，所以对于一些具有较复杂形状或者较大拉深的工件通常应用多道次拉深旋压成形方式，这种旋压成形方法使得整体加工过程变长，但材料成形较均匀。拉深旋压是普通旋压中主要的成形方式，应用范围最为广泛，它是以毛坯弯蓝塑性变形为主要的变形方式，通过工件拉深过程成形的旋压方法。图1．2(b)显示的是缩径旋压，它主要是通过旋轮对管状工件或空心回转体的外表面进行旋转压缩成形，使得工件产生材料局部塑性变形从而减小工件直径尺寸的旋压成形方法。在缩旋旋压过程中是将工件装夹在芯模上达到主轴带动需要成形的工件旋转，然后通过控制旋轮在纵向上按一道次

7、或多道次的给予相应大小的进给量，同时按规定的运动轨迹做往复运动来达到工件直径尺寸缩减的目的。至于是单道次还是多道次主要取决与在工件缩旋成形过程中是否出现起皱和破裂的现象或者工件的成形质量是否符合相应的要求，所以在制定缩径旋压工艺时，应根据工件缩径旋压成形前后的直径比和工件旋压成形质量要求，进而制定单道次或是多道次成形工艺。同时，还应根据工件的实际材料属性等相关因素，考虑在进行缩径旋压时是否需要加热