某防尘罩零件冲压成型数值模拟研究本科毕业论文.doc
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1、毕业设计(论文) 题 目:某防尘罩零件的冲压成形数值模拟研究学生姓名:李家武学 号:2011010847所在学院:机械与电子工程学院专业班级:材料成型及控制工程1101班届 别:2011届指导教师:李路皖西学院本科毕业设计(论文)创作诚信承诺书1.本人郑重承诺:所提交的毕业设计(论文),题目某防尘罩零件的冲压成形数值模拟研究是本人在指导教师指导下独立完成的,没有弄虚作假,没有抄袭、剽窃别人的内容; 2.毕业设计(论文)所使用的相关资料、数据、观点等均真实可靠,文中所有引用的他人观点、材料、数据、图表均已标注说明来源; 3. 毕业设计(论文)中无抄袭、剽窃或不正当引用他人学术观点、思想和学术成果
2、,伪造、篡改数据的情况; 4.本人已被告知并清楚:学校对毕业设计(论文)中的抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为将严肃处理,并可能导致毕业设计(论文)成绩不合格,无法正常毕业、取消学士学位资格或注销并追回已发放的毕业证书、学士学位证书等严重后果; 5.若在省教育厅、学校组织的毕业设计(论文)检查、评比中,被发现有抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为,本人愿意接受学校按有关规定给予的处理,并承担相应责任。 学生(签名): 日期: 年 月 日目 录1 绪论21.1选题背景21.2国内外研究进展31.3Dynaform软件41.4本课题研究内容52 防尘罩零件的毛坯估算及排样设计62.1防尘
3、罩零件的形状尺寸分析62.2 防尘罩零件毛坯的模拟数值和理论数值对比分析63 防尘罩零件的成形方案研究163.1 防尘罩零件成形参数分析163.2 本章小结214 全文总结与展望214.1 全文总结214.2 全文展望21参考文献:22 皖西学院2015届本科毕业设计(论文)某防尘罩零件的冲压成形数值模拟研究 学生:李家武(指导老师:李路)(皖西学院机械与电子工程学院)摘 要: 本课题首先借用Dynaform5.7软件对 KZ1-4.5 型角接触球轴承防尘罩进行毛坯尺寸估算,与防尘罩的理论值进行比较,随后借用Dynaform5.7软件对零件进行排样,改变零件的搭边值、件间距和板料固定宽度,观察
4、毛坯材料的利用率。通过改变零件在成形工序中的成形参数,进行数值模拟分析,提出相应的改进措施,对改进后的参数再进行防真模拟,选取出零件成形过程中的最佳成形参数。最后编写设计说明书,完成对该防尘罩优化研究。关键词: Dynaform5.7软件;防尘罩;数值模拟A Study on Numerical Simulation of Stamp Forming Process of Dust Cover Student: Li Jiawu(Faculty Adviser:Li Lu)(College of Mechanical and Electronic Engineering Institute,
5、West Anhui University)Abstract: In this paper, firstly estimated the size of the blank of KZ1-4.5 dust cover using Dynaform 5.7,compared the result with the theoretical value of dust cover. then layout of parts by Dynaform5.7 software, change its build boundary value and the distance between a fixed
6、 width and sheet, observe the utilization rate of material. By changing the parameters of parts in the forming process of the forming, numerical simulation analysis, put forward the corresponding improvement measures, and parameters of the improved real simulation, selecting the optimal forming para
7、meters in the process of forming parts. Finally finish the design specifications and complete the KZ1-4.5 type angular contact ball bearing dust cover optimization research.Keywords:Dynaform5.7;dust cover; numerical simulation1 绪论1.1选题背景在我们的日常生活中,家庭使用林林总总的电器设备、道路上行驶的各种汽车和在天上使用的航空航天仪器设备都是经过使用带有防尘罩的密封
8、轴承。使用防尘罩的目的是为了达到让主机的整体结构变的更简化、在损坏之后更加容易维护以及防止在恶劣的环境下使用对所用轴承的污染和不需要经常性的去做润滑工作。中国主要生产的是滚动轴承,这种轴承的密封方式有两种,分别是非接触式和接触式。在现实生活中,从轴承的使用情况来看,我们可以清楚的看出非接触式密封效果要比接触式的密封效果差一些。轴承的密封效果好不好对轴承的质量有相当大的影响,所以说密封轴承既要求有很好的密封性能,还要有较高的寿命,这样才能使运转的机器降低噪声,减少机器之间的振动。带防尘罩的滚动轴承在国家发展过程中的各个领域都得到了广泛使用,特别是在工作环境恶劣的环境下,需要机械配套使用的条件下,
9、使用更加广泛。防尘罩应用于可卸式轴承中,它的作用在于提高轴承的寿命以及让轴承的工作环境变得更干净。现如今的防尘罩制造方法是使用冲压。但是,在冲压过程中,如果防尘罩的边缘破了的话,将会对其使用效果大打折扣,有时在使用严重的情况下,会导致报废。之所以采用冲压模具这一工艺设备,原因在于在生产大批量的零件时,冲压加工的机械效率高,操作方便易实施,现如今这方面已是机械化、自动化。利用冲压模具制造的零件能够大大保证零件的尺寸精度和形状精度,零件的表面质量也挺好,冲压模具寿命长,冲压制造的零件质量很是稳定,零件的互换性好,一个零件需要一个模具。冲压能够加工出外形复杂,尺寸局限比较大的零件,冲压所得到的零件强
10、度和刚度都比较好。当然冲压制造同样也是省原料,节能环保的加工方式之一。学习模具的都知道,一种模具的开发设计周期很长,令模具设计开发人员很头疼。特别是对于那些外部形状特别复杂的零部件,在设计过程中不好预测零件的成形结果和零件成形存在哪些缺陷。当然也可以以类似零件的工艺过程来生产,但是这种生产只能通过很多次不断的试模和修模实验才能成功,有些还不一定能成功,而且并不是每个零件都有相似零件。现在,我们通过使用板料成形中的 CAE 软件,从产品最初的原型设计阶段开始估算产品整个结构的毛坯形状大小、分析该产品设计的最终可行性以及对产品在制造过程中工艺方案的优化。这类软件的涌现并有效使用,减短了模具的开发设
11、计周期,为开发人员削减了试模时间,直接了当的帮助企业提高了产品的质量,为企业节省了产品生产的本钱,强有力的从源头上抬高了企业在该领域的市场竞争力。1.2国内外研究进展1.2.1 国外研究进展2001年,Batoz运用动态有限元法,结合梯度优化法优化牵引阻力等参数的设计。在同一年Choi也对此进行了相关问题的深入研究。2002年,Hambli运用数值模拟以及神经网格的方法,优化了模具间隙等在内的有关参数。2004年,Batoz采用梯度优化法结合有限元反演方法,对盒形件的毛坯轮廓深度优化设计。2005年,Maolinyu.Du.R运用逆向有限元的方法优化研究了方形盒零件的一步成形问题。2007年,
12、K.K.Pathak运用大变形有限元法对弯曲回弹进行了模拟分析。2010年Osman H.Mete利用有限元结合正交,对冲压成形工艺进行研究。1.2.2 国内研究进展我国对冲压成形的研究相比国外而言,是比较迟的。但是最近几年的发展也是显而易见的,发展很快。2003年,黄菊花等人使用参数化的有限元方法,进行优化板料成形工艺参数的研究。2005年,上海交大,李玉强等人提出板料成形文件优化。2007年,陈新平等人利用用Autoform模拟了发动机罩外板的板料成形经过,并对零件的成形质量因素进行了钻研。2009年,湖南大学孙光勇等人首先提出了加权指数评价标准,结合实例,对优化算法的使用和对成形过程的有
13、限元方法进行了优化,显著提高了板材的性能。1.2.3 国内外研究存在的问题根据以上所叙述的,我们可以知道,虽然有限元技术在各个领域均得到了广泛运用,冲压成形的精度逐步的提高,计算机的普及以及其快速发展等等,各个行业都得到了飞速发展。但是,冲压成形在使用数值模拟分析时,依然存在着许多没法忽略的问题,主要有CAD建模后和CAE软件数据连接问题,软件计算的精度和计算的效率问题,牵涉到很多工序的模拟研究也很难精确地实现等等很多问题都需要得到解决。1.3 Dynaform软件Dynaform软件是由美国ETA研发并应用在板料成形分析的模拟软件包。该软件是在LS-DYNA基础上研发的。是当代市面上应用最广
14、泛的CAE软件,Dynaform联合了LS-DYNA自身巨大的先后处理功能和强大的板料成形剖析功能。有效的帮助了板料成形行业中模具的的开发和设计这一重要阶段,让模具开发人员明显的感觉到周期变短,特别是模具开发所使用的设计时间和重复试模的周期。Dynaform软件在使用过程中很容易,软件中包含了便于我们使用的智能工具。在计算过程中,我们可以更加方便简捷地求解出各种板料成形存在的问题。当然,Dynaform软件也没忽视传统CAE技术的作用,强有力的减少了产品研发的设计成本和周期。Dynaform软件能在使用过程中,能真实的反应出板料在零件成形过程中存在的各种各样疑难问题,分析的结果能直观动态的展现
15、在我们面前。1.3.1 Dynaform软件分析步骤Dynaform 软件对零件的分析步骤为:创建零件有限元模型,正确划分及处理零件有限元模型网格,零件毛坯尺寸的创建,零件制造的工具定义,零件成形过程的工艺性参数设置,提交参数并求解,显示和分析结果。 可以用示意图1.3.1所示:图1 .3.1 Dynaform 软件分析步骤目前,有限元模型的建立主要是通过借用CAD软件进行模型建立,例如Pro-E,UG等。本文是利用Pro-E5.0软件对零件进行有限元模型建立,然后导出igs文件,最后导入到Dynaform5.7软件中进行模型分析。1.3.2 Dynaform软件的结构组成及应用Dynafor
16、m软件主界面包含:菜单区,工具栏,对话窗口显示区,图形显示区,提醒区,显示开关等。前处理的主要功能是用来对零件模型的构建和修改,或者是产生带有单元的零件模型,还可以用来对其边界条件进行检查和修复。分析模块是将在前置处理模块设置好的参数和应用条件完成之后,对其利用求解器求解。后置处理是快速处理在Dynaform软件中生成的分析结果,然后将成形过程中各个工艺参数形成的规律显示出来。1.3.3 Dynaform软件的优点现在我们都知道传统的工艺设计大多数都是通过定性分析,大量的物理实验等方法进行的。对零件毛坯的尺寸进行估算也是根据相关设计人员的设计经验。这种设计方法会对零件的结果造成很大误差,而且很
17、难预料在成形过程中存在的各种复杂问题。由于这些原因。近年来,随着板料成形的数值模拟分析逐渐兴起,Dynaform软件的问世,针对上述问题有了很大的帮助,对冲压和工艺设计阶段有个先期的指导,有效的缩短了产品的设计周期,降低了产品生产的成本,企业的市场竞争力得到了很大提高。1.4 本课题研究内容(1)第一章节为绪论部分,对本课题的选题背景以及国内外研究进展和国内外研究存在的问题做了大概的介绍,了解Dynaform软件,介绍了利用Dynaform软件的分析步骤,Dynaform软件的优点和缺点。(2)第二章节通过借用Dynaform5.7软件对KZ1-4.5型角接触球轴承的防尘罩零件做了毛坯的估算,
18、根据经验计算出理论值。提出了两种排样方案,根据这两种方案产生的结果进行分析,最终发现,通过运用Dynaform5.7软件可以改变设置参数,提高毛坯材料的利用率。(3)第三章节主要对防尘罩零件的成形方案进行了深入研究,通过改变压边力,凸模速度,翻边圆角半径等参数做对比试验,得到最优的成形参数。(4)第四章节主要对本课题进行总结以及展望。2 防尘罩零件的毛坯估算及排样设计2.1防尘罩零件的形状尺寸分析图2.1 KZ1-4.5零件尺寸图根据以上零件图的图形和尺寸,我们可以得出这样一个结论,在实际制作这个零件的时候需要对外围拉深,对内孔进行翻边两道工序才能完成对该零件的制作。2.2 防尘罩零件毛坯的模
19、拟数值和理论数值对比分析2.2.1 防尘罩毛坯零件的模拟估算(1)在Pro-E5.0中对该零件建模,首先在草绘界面上画出零件的左面一半封闭图形(如图2.2.1-a),然后通过旋转命令得到三维模型图(如图2.2.1-b),最后另存为以igs为后缀名的文件。图2.2.1-a 草绘封闭图形图2.2.1-b防尘罩零件三维图 (2)打开Dynaform5.7软件,导入在Pro-E5.0衍生的IGS格式文件,如图2.2.1-c所示。图2.2.1-c Dynaform5.7软件中导入图(3)在Dynaform5.7软件的模面工程模块下建立零件的中性层,删除原来导入的零件。对中性层在前处理模块或者在模面工程模
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