【doc】冷挤压组合凹模结构优化设计

【doc】冷挤压组合凹模结构优化设计 冷挤压组合凹模结构优化设计 一锻压机械2/96 冷挤压组合凹模结构优化设计 230009台肥I业大学王?刚董定福刘汉武文全坤 A摘要首先用光弹性实验测得凹模内壁的压力分布情况,然后用有限元优化 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 设计组合凹 模各圈直径及过盈量,最后用光弹性实验对优化结果进行验证. Tooptimizecombinedcoldextrusiondie Inthispapar.press~lrcdistributiononinnerwallofdiehasbeenmeasuredbyphotoelastic experiment.TheneachdiametersandinterferencesofcombineddiearedesignedbyFEM--opti— mumandverifiedbyphotoelasticexperiment? 叙词竺竺竺垡兰光弹性.枞 1引言 冷挤压是一种高效,优质,低耗的金属成形方 法,广泛用于工业生产各部门.但挤压毛坯处于三向 压应力状态,挤压凹模承受很大的内压力.易发生开 裂,所以挤压凹模强度一直为人们所关注,通常采用 收稿日期1995】2—2l 多圈预紧结构来提高其强度和安全性.如何设计各 圈直径及过盈量是提高挤压模具寿命的关键.通常 以厚壁筒理论的Lame公式为基础计算各圈直径及 过盈量,但由于凹模不是无限长的圆筒且内壁受压 力非均匀,因而产生较大的计算误差,提供的结果不 是最优的.有限元是解决工程问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的好方法-其计算 精度很大程度上依赖于边界条件的正确与否.本文 回转扫曲面参数方程可 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为: (",)一()cos()}+p()sin)7一() (3) 式中r.一(+(")i为轮廓生成线,:为旋转 轴.0??360. 5.2拟台曲面 给定一族有理B样条曲线组成的曲线族,即给 定一系列截面线,经过这些截面线拟合成曲面.为方 便用户,B样条曲线的生成既可以通过输入控制点 方法,也可以通过提供型值点的方法来生成. 5.3蒙皮曲面 设计出一条或一系列的截面曲线和脊线(spine curve),这些截面曲线依次沿脊线变化,生成曲面 步骤如下:?平移截面曲线,使所取原点与相应的目 标点重合;?旋转截面曲线使位于脊线在目标点的 法面内;?使截面曲线围绕脊线在目标点的切矢旋 转到所需要的位置.根据几何不变性,所有这些变换 都只需对截面曲线的B样条控制顶点进行l?由三 维空间的各截面曲线的B样条控制顶点反算出曲 面的控制顶点. B结论 本文详细介绍了一个用于汽车覆盖件模具设计 的曲面造型系统论述了该系统的整体结构,数据结 构以及主要的一些算法.该系统研究已取得了满意 的结果图6是使用该系统构造的汽车前围外侧板. 图6 参考文献 】摩辟森ME.黄重玉译.几何造疆学.机棱工业出版牡,l9g2. 2簏{击中.计算机辅助几何i殳计与非均匀有理B样备.北京:航空 航天丈学出版社.1994. 3PiselL?Talerw?C~rveandsurfaceco~ttuetmsusingrational B?spineCAD.】蚰7.10(9)485,498 4WoodCD?SkLrlniftl~teebniquefofinterallveB~pine9urin~ein— terpolationCAD.1OaB.20(9):44】,45】 冷挤压组台凹模结构优化设计——王雷刚董定福刘汉武刘全坤49 用光弹性实验模拟挤压过程,确定凹模内壁的受力 边界条件,并用有限元法计算出凹模的应力场,然后 进行优化设计,从而获得最佳的结构尺寸.最后又用 光弹性实验验证优化设计结果. 2基于光弹性实验的有限元优化设计思想 本文的设计思想是首先用光弹性实验确定凹模 内壁的受力分布情况.以此为边界条件用有限元方 法计算凹模的应力场,通过复合形寻优获得满足精 度要求的各圈直径及过盈量.总框图如图l所示. 凰1基于光弹性实验的有限 元优化设计总框图 3光弹性实验确定力边界条件 在挤压过程中,金属坯料在凸模的压力下在凹 模型腔内发生塑性流动,凹模内壁承受的压力不断 变化.本文根据相似准则,以环氧树脂作凹模对铅进 行挤压,模拟出真实挤压过程,经冻结切片,在光弹 仪上读取等差线和等倾线,按应力一光学定律换 算出凹模的受力分布图2 是挤压凹模经模拟挤压和应 力冻结后,在纵切平面上的 应力光图.从图中可以看出, 作用于凹模内壁的挤压力主 要集中在挤压毛坯与模壁接 触的区域,且压力的分布沿 模高是不均匀的图3中曲 线1是对应力光图处理后的 内应力实际分布曲线IrJ,围z凹横缴协法 最大内应力的作用位置与毛应力光圈 坯高度及其在凹模中所处的位置有关.曲线2,3,4 分别代表了不同高度的毛坯在挤压时作用于凹模内 壁的主应力差(一)的分布曲线,它表明当载荷作 用区间长度减小时,沿凹模高度各点的主应力差值 明显减少 30 里 25 20 15 lO 5 MPa 圈3凹攘内墅的内应力l,I 及主应力差() 4有限元优化设计 为了与我们开发的挤压模具CAD系统连接, 便于向用户推广,本设计是在微机上用NDP— FORTRAN386编制轴对称八节点等参元复合形优 化综合程序,编程时采用了模块化结构,压缩存贮, 分步运行等技术,以克服微机因内存容量不够,运行 速度慢而不能运行大型有限元程序的缺点.下面讨 论设计中几个主要问题: 4.1网格自动剖分 由于组合凹模是三圈预紧结构,各圈选用的材 料不同,在预紧处还要叠加预应力,所以网格剖分时 要在各圈交界处分开,且内密外疏,共划分180单 元,597个节点 42设计变量 以各圈外径r,r.及过盈量AT为设计 变量.即X一(r1,2儿,A,AT23). 4.3目标函数 以各圈内表面的主应力差(—)与许用应力 之差沿模高方向的最大值作为目标函数,即: ,()一max{上二,=,z,.} 4.4约束条件 a.几何条件a>2>】>O,0<At<I, 0<AT2a<l,4<r3/0<8 b.强度条件.一.<[]t一1,2,3 c?刚度条件P?()., Pj3?() 4.5复合形寻优 初始点初始点选择的好坏直接关系到收 一 锻压机械2/06 敛速度.本程序为了通用,采用了三种产生初始点的 方法,即随机产生,人工输入,输入+随机.为了在微 机上能快速收敛,最好先用Lame公式优化得一组 值作为复合形一个顶点输入计算机,然后随机产生 其余的顶点. b.收敛判据各顶点的目标函数值F()与 复合形中心点的目标函数值F(z)的均方根小于给 定的精度.即: .?上 ?[i)一F(i} 5光弹性实验验证 根据有限元优化提供的凹模各圈直径及过盈 量,按照相似准则制作环氧树脂模型进行光弹性实 验验证,测出各圈内壁的主应力差,并与许用应力比 :有限元优化的效果是非常好的.图4 较,结论指出 为进行模拟挤压时三层组合凹模的纵切片应力光 I室I4三层组台凹慑的飘切片应力光田 图.实例为:三层组合凹模,凹模内径TO—i0mm,高 ^一36mm,内压力po一2000MPa,内圈,中圈,外圈 的许用应力分别为[o]=2400MPa,[口]一[]一 900MPa,经有眼元优化后的凹模参数为=25.8 film,T2:46.2ram,3—60.2mm,Arl2=0.i37,Ar23 : 0.15,总径比一一6.02.进行光弹性实验时, 模型尺寸与原型尺寸的比例取l,i.根据组合凹模 优化设计的指导思想,各圈最大主应力差值与所选 用的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 许用应力愈接近,则表明充分发挥了材料 的潜力,达到了最佳的优化效果.下表为光弹性实验 值与许用应力比较,从表中可以看出,基于光弹性实 验的有限元优化提供的结构参数是较满意的.根据 优化提供的设计参数,按照Lame公式优化方法. 算出凹模的最大承压力为: p,={l+篙弓+篙一3口)一l465MPa 而根据光弹性实验测得的凹模最大承压力p, l866MPa,这说明经有限元优化后凹模的承压力 约提高了23. 组合凹模内壁上的主应力差(一)一 苎内圈中圈,卜圈 (口l一)…2326 []2400900900 6结论 (1)用光弹性实验进行模拟挤压,真实地反映了 挤压力作用于凹模内壁的分布规律,以此作为有限 元计算的力边界条件,提高了计算精度. (2)将有限元方法和优化方法结合起来,建立了 一 套有限元优化综合程序,并用光弹性实验验证有 限元优化结果,使组合凹模的优化效果更加合理. (3)围绕模具强度,将光弹性实验,数值计算方 法和优化方法结合在一起,形成了一套完整的研究 手段,克服了单一方法的局限性. 参考文献 1大连工学院光测组编着光弹性实验北京:国防工业出版社. 1978. 2谢略权.何福宝着弹性和塑性力学中的有限元法.北京:机械 工业出版社.1981 3洪深泽着.玲挤压工艺厦攘具设计.合肥安赣科学技术出版 社.1987 冲压生产线 德国SMG冲压公司开发的由机器人将6台压 力机连接而成的冲压生产线,可满足小批量生产汽 车的要求. 该生产线包括自动交换模具系统和微处理器控 制系统.一套柔性机器人系统完成各种工件的上下 料工作.当变换工件时,机器人机械手上的工具也进 行相应更换.由于一些工件在完成第一道成形加工 后需要翻转,故在第i,2台压力机之间配备两台机 械人.工件毛坯自动送至生产线,加工成品由机器人 卸下拿走. 六台压力机上均配备有与联结拉杆相连的可在 压力机导柱问穆进穆出的两个运动托盘.交换模具 时,压力机上的托盘靠液压抬起,并通过横向导轨移 离机床.接着,装有下一个备用模具的托盘穆入,上 面的模具用快速夹紧系统夹紧. 党怡译自{AmericanMachinist》