汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟论文开题报告00.docx

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汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟论文开题报告00

山东科技大学

本科毕业设计（论文）开题报告

题目汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟

系部名称机电工程系

专业班级机械设计制造及其自动化10-1

学生姓名222

学号1022060125

指导教师222

填表时间：

2012年03月23日

填表说明

1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。

3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。

4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。

5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。

设计（论文）

题目

汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟

设计（论文）

类型（划“√”）

工程设计

应用研究

开发研究

基础研究

其它

√

一、本课题的研究目的和意义

旋压成形法是在热锻工艺基础上发展起来的，锻造制坯后进行旋压成形，提高了制造精度和强度，机械加工余量大大减少。

旋压轮毂由于不受尺寸制约、产品美观、性能良好、安全性高、节省材料、节约能源等因素，其发展势头良好，旋压技术属先进成形技术，其车轮旋压技术水平已基本趋于成熟，在国内已引起较多公司的关注，正逐步向批量生产转化。

另外，已有企业及研究机构开始着手研究旋压成形技术，但目前尚无旋压成形车轮技术研究报告。

随着国内铝镁合金产业化的飞速发展，铝镁合金旋压车轮必将有一个巨大的市场需求。

通过该课题设计，可以达到如下目的：

1）掌握旋压成形模具的模拟方法，将理论与实际密切联系起来，力求所学知识更完备。

2）培养综合运用所学知识，独立分析解决实际问题的能力，并提高模具的设计与制造水平。

3）熟悉查阅有关资料的手册的方法，了解deform仿真软件的运行原理及结构。

二、本课题的主要研究内容（提纲）

旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚挤等工艺特点的无切削加工的先进工艺，将金属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，使材料产生逐点连续的塑性变形，从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。

本次软件模拟的零件为汽车轮毂，主要考虑内容：

1、旋轮的道次安排，名义拉深系数，相对厚度，进给比对旋压工艺过程的影响

 2、旋轮形状，旋轮圆角半径，主轴转速，旋轮安装角对旋压工艺过程的影响

通过本次设计课题所达到以下目的：

1.了解有限元的分析以及现状和发展前景。

2.综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟的实际训练，从而培养和提高我们独立分析的能力。

3.巩固与扩充所学有关模具模拟仿真的软件，并掌握汽车轮毂旋压成形模具设计的方法和步骤。

4.熟练运用deform软件模拟仿真汽车轮毂旋压模拟的基本技能，如几何模型、有限元分析模型、查阅相关资料和手册等。

文献综述（旋压成形技术工艺的应用与发展）

1、旋压技术

旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚挤等工艺特点的少无切削加工的先进工艺，将金属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，使材料产生逐点连续的塑性变形，从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。

旋压工艺的加工原理如图2-1。

根据旋压加工过程中毛坯厚度的变化情况，一般将旋压工艺分为普通旋压和强力旋压两种。

根据旋压加工过程中毛坯厚度的变化情况，一般将旋压工艺分为普通旋压和强力旋压两种。

2、旋压技术工艺要素

普通旋压主要是改变毛坯的形状，而壁厚改变很小或不改变，其毛坯形状及尺寸的设计计算是关键技术。

其工艺要素为旋压轮运动轨迹、旋轮直径、旋压间隙、进给率、主轴转速、旋压线速度、旋轮圆角半径、旋轮前侧面与模具母线夹角等。

强力旋压主要是改变工件的壁厚和直径尺寸，工件长度会相应作以改变，其工艺要素为旋轮直径、旋轮圆角半径、旋轮前角、旋轮后角、旋压攻角、主轴转速、进给率、旋压间隙、旋压道次、减薄率、工件半锥角、旋压线速度等。

当然对于材料要求要具有较高的延伸率、断面收缩率，抗拉及屈服强度也要适当。

金属材料的热处理也是旋压工艺中主要的因素，在旋压过程中由于受到强大的压、拉应力，致使材料硬化严重，必须采取热处理手段加以软化，为了改变最终工件的机械性能也需要进行必要的热处理。

2.2旋压技术在不同领域的应用

旋压产品形状各式各样（如图2-6示），通过旋压可完成成形、缩径、收口、封底、翻边、卷边、压筋等各种工作，其产品广泛应用于各行各业（表2-1）。

图2-6旋压成型的工件形状

表2-1各种旋压制件

3.典型车轮辋旋压产品的工艺技术

车轮辋旋压技术是近几年才发展起来的轮辋成形新工艺方法，主要针对镁铝合金材料的轮毂（图2-8），也有部分轮毂采用钢质。

国外17英寸以下轿车铝轮的生产以锻坯或环坯经旋压成型已成为主流。

近几年国外用锻造、旋压工艺制造了22.5英寸载重汽车无内胎车轮，以其造型美观、重量轻、强度高成为钢轮的强劲竞争点。

图2-8铝合金车轮

传统的轮毂制造工艺方法是在较低压力（一般在20～60KPa）下浇注（铸造）—热处理—机械加工—最后表面处理，该方法适合大批量生产、生产率高、合格率较高、铝液利用率较高，但表面质量欠佳、成本稍高，而采用锻造—退火—旋压—热处理—机械加工—表面处理（喷涂或电镀）工艺方法生产的轮毂，大大提高了制造精度，有较致密的金相组织和较好的机械性能，较易达到轮毂等强度要求，重量轻、表面光洁，机械加工余量大大减少。

此工艺在德国等较发达国家已发展成为成熟技术，目前国内已有较少企业在使用该工艺研究试制。

车轮旋压工艺一般可采用板材劈开式旋压（图2-9-a）或用铸（锻）件毛坯进行强力旋压（图2-9-b）成型两种工艺方式。

劈开式旋压工艺是将圆盘状板坯用劈开轮通过分层工艺，使毛坯在厚度方向中部被劈成两份，再用成型轮渐进普旋成型即可；强旋工艺是将铸（锻）铝毛坯进行若干道次的强旋，从而达到轮辋型面尺寸要求。

图2-9车轮旋压

4、国内外旋压技术的差距及各自的特点

我国旋压技术的发展状况与国外先进水平相比，无论是在产品种类、尺寸精度、设备能力和自动化程度等方面，还是在工艺理论研究方面还都有一定的差距。

诸多科技工作者正在致力于该项研究工作，近20年来取得了较大发展，许多产品精度和性能都接近或达到了国外先进水平。

国内少数高等院校，如哈尔滨工业大学、北航、西工大等，以及一些有实力的研究所已在研制CNC旋压机、并进行理论探讨和开发新工艺。

尤其在近几年中，我国一些工厂从国外引进了先进的数控旋压机，使我国的旋压技术日趋成熟。

国内许多研究所（如北航现代技术研究所、黑龙江旋压技术研究所、长春55所等）已经研制出了较稳定可靠的多种类型的旋压机，在国内市场已有一定份额，但部分机种仍依赖于进口。

国外在旋压领域不但拥有先进的设备而且掌握了成熟系统的旋压技术。

如德国LEIFELD公司的ST56-75NC三轮强力旋压机可完成各种高精度薄壁筒形件多种曲母线的旋压。

美国最大400T双轮立式旋压机可对任意合金筒形件进行加工，对某些精密件收口壁厚公差可达士0.38mm，表面粗糙度Ra3.2。

日本东芝机械公司的高效率旋压机将液压仿形与数控相结合来热旋各种形状的高压气瓶。

另外，国外特别是美国、日本、德国等许多发达国家的旋压技术日臻完善，不论在设备设计与制造、理论与工艺研究、旋压技术的应用等方面都有很大的发展。

我国的旋压技术始于六十年代初期，经过几十年的努力，我国在旋压技术设备和旋压工艺理论基础研究方面（如旋压过程的应力-应变有限元分析、新工艺新方法及理论的探索研究）取得了很多的进展，使得旋压技术应用日益广泛，但仍不能适应我国国民经济发展的需要，特别是在理论研究方面至今仍然是一个薄弱环节，这已成为影响我国高档设备使用效率和旋压工艺进一步推广应用的制约因素。

因此，加强旋压成形技术的理论研究，建立系统的基础性资料，是我国旋压技术发展中的一项重要内容。

三、拟解决的关键问题

1.零件旋压工艺性分析

2.确定旋压工艺方案 

3. 分析工艺参数对旋压工艺的影响

4. 分析旋压件缺陷的产生并提出预防措施

四、研究思路和方法

1．了解有限元和熟悉deform的操作

2．零件旋压工艺性分析

3．确定合理的旋压工艺及方案。

4．正确计算有关零件的尺寸及公差。

5．完成汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟。

五、本课题的进度安排

1．课题调研与文献检索阶段4周

2．拟定总体方案1周

3．旋压模具的结构和工艺分析2周

4.工艺参数的计算及模具零件尺寸确定3周

5．设计说明书撰写2.5周

6．准备答辩讲稿、进行答辩1.5周

六、参考文献

[1]夏琴香，旋压在汽车零件制造成形中的应用【j】新技术新工艺，

2003

[2]孙存福，关于复合旋压工艺的讨论【j】。

机械工人，2002

[3]余世浩《材料成型CAD/CAE/CAM基础》2008.8

[4]胡建军《DEFORM-3D塑形成型CAM应用教程》2011

[5]吴宗泽《机械零件设计手册》北京机械工业出版社2003

[6]韩冬，铝合金；轮毂旋压成形研究。

佳工机电网.2007

[7]朱传礼林蒲生《高等学校毕业设计论文指导手册机械卷》北京高等教育出版社1998

[8]丁淑辉《Pro/EngineerWildfire基础设计与实践》2008

指导教师意见

指导教师（签名）：

年月日

所在系（所）意见

负责人（签章）：

年月日