车轮轮辐模具设计及计算机模拟

摘要

随着汽车工业的飞速发展，车轮制造业得到了前所未有的发展机遇。提高我国车轮模具制造质量、技术和综合能力有助于我国加大市场占有份额，提高我国车轮模具的整体水平。当今，随着科学技术的不断进步和工业化生产的发展，我国的车轮模具制造技术也在不断的革新和发展。

本文以冲压模具设计理论为基础，调研了国内外的轮辐模具行业发展状况，开展了具体的模具设计。采用基于特征的三维设计软件Pro/e对零件和模具开展了设计，完成了三维实体建模。该设计方案缩短了产品的研发周期、模具设计周期和加工周期, 提高了产品设计的可靠性。

将轮辐拉深曲面模型导入Dynaform，对轮辐的拉深成型过程进行了模拟分析，分析了成型过程中的应力应变、板料厚度变化、材料成形性等，优化了模具设计的合理性及拉深成型时的各工艺参数。

该技术方案使用于轮辐模具和工艺设计及优化，对提高其生产质量和经济效益具有一定的指导意义。

关键词：轮辐；模具设计；实体建模；模拟

ABSTRACT

In recent years, with the rapid development of automobile industry, the wheel manufacturing industry has been an unprecedented development opportunity. Improving the manufacturing quality, technology and comprehensive ability of the wheel die have contribute to an increasing market share of China, and also help to improve our country’s overall level of the wheel mold. Nowadays, with the continuously progress in science and technology and the development of the industrial production, the wheel die manufacturing technology in our country has been continuously innovating and developing.

Based on the theory of stamping die design, and studied the state of development of die industry at home and abroad, the specific die design was made in the paper. Pro/e software was selected for three-dimensional design of the part and mold process. This technology shortened the time of the product development, the die design and the processing plan, and also improved the reliability of the product design.

The spoke modeling was introduced into the software of Dynaform. The process of the deep drawing processes was analyzed. In this way, many parameters, such as stress-strain, the changes of blank thickness and blank forming ability were obtained. Finally, the rationality of die design and the parameters of drawing process were optimized.

The technology could be adopted by the design and optimize of die and process, and was an important guidance to improve production quality and economic efficiency.

Keywords: Spoke; Die Design; Solid Modling; Simulation

目录

摘要 ..................................................................................................... I ABSTRACT ..................................................................................... II 1绪论. (1)

1.1车轮成型与冲压模具发展现状 (1)

1.2冲压模具结构与分类 (6)

1.3冲压模具的加工精度及加工工艺方法 (11)

1.4课题的来源、目的与意义 (13)

2车轮轮辐模具设计 (14)

2.1轮辐成型工艺性分析 (14)

2.2 拉深模具设计 (18)

2.3其他工序模具设计 (28)

2.4模具设计流程 (33)

3轮辐拉深成型过程计算机模拟 (38)

3.1车轮CAD/CAE/CAM一体化技术 (38)

3.2数值模拟有限元分析 (39)

3.3Dynafom软件简介 (41)

3.4拉深成型过程计算机模拟 (44)

总结与展望 (52)

参考文献 (53)

致谢 (54)

附录 (55)

1绪论

1.1车轮成型与冲压模具发展现状

1.1.1 冲压模具工业的发展现状

板料冲压成形是利用模具对金属板料进行压力加工，获得设计所需求的形状、尺寸和性能的产品零件。它具有节省材料、效率高和成本低等优点，是机械、电子、仪器仪表及航空航天等制造业中重要的加工工艺之一。冲压工艺在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等生产方面占据十分重要的地位。现代各先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的，在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。

当今，随着科学技术的不断进步和工业化生产的发展，我国的冲压模具制造技术也在不断的革新和发展。这些革新与发展主要表现在以下几个方面：

1) 工艺分析计算方法的现代化。例如生产汽车覆盖件的冲压工艺，传统方法是根据已有的设计资料和设计者的经验，进行对比分析，确定工艺方案和有关参数，然后设计模具，进行试冲，经过反复试验和修改，才能转入批量生产。近几年来，国外的的公司已经开始采用有限变形的弹塑性有限元法，对覆盖件成型过程进行计算机模拟，分析应力应变关系，从而预测某一工艺方案的可行性和可能出现的问题，并将结果显示在图形终端上，供设计人员进行选择和修改。这样，不仅可以节省昂贵的模具试制费用，缩短产品试制周期。而且，可以建立符合生产的先进设计方法，既促进了冷冲压工艺的发展，又可以发挥塑性成形理论对生产实际的指导作用。

2) 模具设计及制造技术的现代化。为了加快产品的更新换代，缩短工装设计、制造周期，各国都正在大力开展模具的计算机辅助设计和制造

（CAD/CAM）技术的研究和应用。采用这一技术，一般可以提高模具设计和制造效率2~3倍，模具生产周期可缩短1/2~2/3。发展这一技术的最终目标，是要达到模具CAD/CAM一体化，而模具图纸将只作为检验模具之用。采用模具CAD/CAM技术，还可以提高模具质量，大大减少制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力放在创新和开发上。

3) 冲压生产的机械化和自动化。为了满足大量生产的需要，冲压设备已由单工位低速压力机发展到多工位高速自动压力机。一般中小型冲压件，既可在多工位压力机上生产，也可以在高速压力机上采用多工位连续模加工，使冲压生产达到高度自动化。大型冲压件（如汽车覆盖件）可在多工位压力机上利用自动送料和取件装置，进行机械化流水线生产，从而减轻劳动强度和提高生产率。

4) 为了满足产品更新换代加快和生产批量减少的趋势，发展了一些新的成型工艺、简易模具、通用组合模具以及数控冲压设备和冲压柔性制造系统（FMS）等。这样，就使冲压生产既可适合大量生产，又可适用于小批量生产。

5) 不断改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果。例如，研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件；研制新型材料板，用来生产航空构件等。

巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整和发展。在中国，人们已经越来越认识到模具在制造业中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校正在开展模具技术的研究和开发，这将进一步提高我国模具工业的发展。