汽车轮毂轴承套圈冷挤压模具的稳健设计方法研究
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摘要
冷挤压就是把金属毛坯放在冷挤压模腔中,在室温下,通过压力机上固定的凸模向毛坯施加压力,使金属毛坯产生塑性变形而制得零件的加工方法。与传统的加工方法相比,可以提高原材料利用率和生产率,降低能耗,提高零件的机械性能和使用寿命。
冷挤压模具所受的压力大,挤压过程中的产生的热效应、摩擦力大,导致冷挤压模具过早的被损坏或报废,使模具的寿命很难得到保证。而模具的寿命成为制约冷挤压技术应用和发展的瓶颈,如何降低模具磨损成为冷挤压领域的研究热点。
影响模具磨损的相关因素有很多,若要降低模具磨损,那么就需要对这些相关因素进行分析研究,并降低这些相关因素对模具寿命的影响,以得到最佳效果。
冷挤压模具磨损试验成本较高,历时较长,在工艺的实现方面还有一定的困难,因此可以借助有限元方法进行模拟分析。但是由于而有限元分析方法需要消耗大量的时间,因此需要结合试验设计(DOE)合理设计试验,并通过稳健优化设计得到最佳设计结果。
本文以汽车轮毂轴承的内圈为讨论对象,根据实际情况使用SolidWorks建立轮毂轴承内圈的冷挤压简化模型,然后将其导入有限元分析软件DEFORM,输入模拟参数,进行模拟分析,最后将数值模拟的结果进行田口方法和响应面法稳健设计,并进行了多元回归分析预测,寻找到影响冷挤压效果的关键因素,并对模具进行稳健优化设计。最后将试验优化结果进行有限元分析,验证了稳健优化结果是否可靠有效。
Cold extrusion is put the metal billet into to the die at room temperature, and the billet formed under stress by press machine, it forms billet into required shape part. Compared with the traditional processing methods it can improve the utilization of raw materials and productivity, reduce energy consumption, and improve performance and service life of mechanical parts.
Cold extrusion die suffered hard pressure, the thermal effects of the extrusion process, friction. It leading to premature cold damaged or scrapped of cold extrusion dies, so that the life of the cold extrusion die is difficult to be guaranteed. The life of the cold extrusion dies as a constraint to the development of cold extrusion technology and the bottleneck, how to reduce the wear of cold die is a hot research field.
A lot of the relevant factors impact dies wear. To reduce die wear, then need for analysis of these related factors, and reduce the influence of them, to get the best results. The wear testing of cold extrusion die need high cost and take long time, and it still exists difficult on realization. It also can using CAE method for simulate, but it also need take long time. It requires a combination of experimental of design for design good experiment, and get the best result via robust design optimization.
In this paper, automobile wheel bearing inner ring is the subject for discussion. We setup the wheel bearing inner ring of the cold extrusion simplified model using SolidWorks, then export to CAE software: DEFORM. After input the simulation parameters, we start the simulation analysis, and finally the numerical simulation results carried out with the taguchi methods, response surface methods robust design and multiple regression, to find the effect of the key factors of cold extrusion, then take the robust design optimize and get the best parameters. Finally, the results were verified by CAE.
冷挤压模具所受的压力大,挤压过程中的产生的热效应、摩擦力大,导致冷挤压模具过早的被损坏或报废,使模具的寿命很难得到保证。而模具的寿命成为制约冷挤压技术应用和发展的瓶颈,如何降低模具磨损成为冷挤压领域的研究热点。
影响模具磨损的相关因素有很多,若要降低模具磨损,那么就需要对这些相关因素进行分析研究,并降低这些相关因素对模具寿命的影响,以得到最佳效果。
冷挤压模具磨损试验成本较高,历时较长,在工艺的实现方面还有一定的困难,因此可以借助有限元方法进行模拟分析。但是由于而有限元分析方法需要消耗大量的时间,因此需要结合试验设计(DOE)合理设计试验,并通过稳健优化设计得到最佳设计结果。
本文以汽车轮毂轴承的内圈为讨论对象,根据实际情况使用SolidWorks建立轮毂轴承内圈的冷挤压简化模型,然后将其导入有限元分析软件DEFORM,输入模拟参数,进行模拟分析,最后将数值模拟的结果进行田口方法和响应面法稳健设计,并进行了多元回归分析预测,寻找到影响冷挤压效果的关键因素,并对模具进行稳健优化设计。最后将试验优化结果进行有限元分析,验证了稳健优化结果是否可靠有效。
Cold extrusion is put the metal billet into to the die at room temperature, and the billet formed under stress by press machine, it forms billet into required shape part. Compared with the traditional processing methods it can improve the utilization of raw materials and productivity, reduce energy consumption, and improve performance and service life of mechanical parts.
Cold extrusion die suffered hard pressure, the thermal effects of the extrusion process, friction. It leading to premature cold damaged or scrapped of cold extrusion dies, so that the life of the cold extrusion die is difficult to be guaranteed. The life of the cold extrusion dies as a constraint to the development of cold extrusion technology and the bottleneck, how to reduce the wear of cold die is a hot research field.
A lot of the relevant factors impact dies wear. To reduce die wear, then need for analysis of these related factors, and reduce the influence of them, to get the best results. The wear testing of cold extrusion die need high cost and take long time, and it still exists difficult on realization. It also can using CAE method for simulate, but it also need take long time. It requires a combination of experimental of design for design good experiment, and get the best result via robust design optimization.
In this paper, automobile wheel bearing inner ring is the subject for discussion. We setup the wheel bearing inner ring of the cold extrusion simplified model using SolidWorks, then export to CAE software: DEFORM. After input the simulation parameters, we start the simulation analysis, and finally the numerical simulation results carried out with the taguchi methods, response surface methods robust design and multiple regression, to find the effect of the key factors of cold extrusion, then take the robust design optimize and get the best parameters. Finally, the results were verified by CAE.
引文
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