毕业设计论文94967

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1、杭州电子科技大学本科毕业设计本科毕业设计（2010届）题 目汽车转向球头销套滚压铆合过程计算机模拟分析学 院机械工程学院专 业车辆工程班 级学 号学生姓名指导教师完成日期2010年6月摘 要本课题主要研究基于有限元分析软件DEFORM的金属冷挤压变形。具体是应用于汽车转向机构系统中的球头销套的工装设计。球头销是位于汽车转向机构中的一个重要零部件，常见于横拉杆和直拉杆之间，起到防止空间干涉的作用。球头销套用来固定球头销。因此球头销套的质量直接影响到汽车的转向系统进而影响到安全问题。在国内球头销需求量大，生产厂家多，应用电脑模拟分析对于实际生产具有非常创新而实用的参考价值。本文首先对比两种加工方案

2、，分析各自优缺点。然后采用改进型的滚压加工为本课题设计方案。接着通过三维制图软件pro/e生成各个模具和工件。然后导入DEFORM软件进行模拟分析，得出最后仿真结果。无论是从数据还是图表方面来看，我们最终的仿真结果证明方案设计可行，符合所需球头销套的设计要求。由此得出了一套成本较低，可靠性较好的新的加工设备。这对于实际汽车零部件生产厂商有很大的参考价值。关键词：汽车球头销；冷挤压；DEFORM软件ABSTRACTThis project is aimed to analyse the metals cold deformation which is based on finite elemen

3、t software DEFORM. It will be applied on the device of bulb pin bush. The bulb is a vital component installed in the steering system, and it is common between transverse draw bar and straight draw bar, serve as role to prevent interference. The pin bush is used to fix the bulb. Therefor, the quality

4、 of the bin bush have a direct influence on the steering system,and also on the safety of the vehicle as a whole. The demand for bulb is huge in our country, and there is a lot of manufacturer, so adopting computer simulation analyse will have a significant sense for the production.Here we will comp

5、are two methods to assess their advantages and shortcomings first. Then we will adopt an innovative roll extrusion as our design work. After that, all the die and workpiece will be created through 3D drawing software pro/e. Finally, put then into the DEFORM. When every detail dates and variables are

6、 set, start the simulation, and check the final result.Both in datas and graphic aspects, our simulation result manifested that the mechanic design is quite feasible, and its product met all the requirements. Therefor, an innovative, low-cost, high-performance equipment has been born. For reference,

7、 many manufacturers of car components can benefit from this graduation design.Keywords: vehicle bulb; cold deformation; DEFORM目 录引言11 方案的比较和确定41.1设计要求41.2方案的比较41.2.1摆动辗压的方案41.2.2滚压方案51.2.3对比61.3滚压头的初步设计61.4传动机构的选择72 铆头的设计及计算92.1挤压力的计算92.1.1冷挤压原理及分类92.1.2计算挤压力102.2滚子轴尺寸的计算122.3轴承的选用153 传动进给机构193.1传动机

8、构193.1.1电动机功率的选择193.1.2变频器的选择193.1.3转轴尺寸的计算203.1.4转轴轴承的选用213.1.5带轮设计223.2进给机构244 DEFORM软件的模拟仿真264.1DEFORM介绍264.1.1 DEFORM功能264.1.2 DEFORM软件的模块结构264.2滚压头及销套建模274.3前处理274.4提交求解器运行304.5后处理及模拟仿真结果分析304.5.1载荷分析304.5.2等效应力分析31结论33致谢34参考文献35杭州电子科技大学本科毕业设计引 言球头销在汽车领域应用广泛，随着汽车行业在国内的发展兴旺，随着老百姓汽车拥有量的增加，汽车零配件的需

9、求日益增加。下面简单介绍一下汽车上转向传动机构的结构，以示球头销在其中的作用：与非独立悬架配用的转向传动机构主要包括转向摇臂2、转向直拉杆3转向节臂4和转向梯形。在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆6和左、右梯形臂5组成的转向梯形一般布置在前桥之后，如图0-1a所示。当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，梯形臂5与横拉杆6在与道路平行的平面(水平面)内的交角90。在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交角90，如图0-1b所示。若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面向左右摇动，则可将转向直拉杆3横置，并

10、借球头销直接带动转向横拉杆6，从而推使两侧梯形臂转动 图0-1 汽车转向机构1.转向器 2.转向摇臂 3.转向直拉杆 4.转向节臂 5.梯形臂 6.转向横拉杆当转向轮独立悬挂时，每个转向轮都需要相对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的，如图-2所示。 图0-2 独立悬挂的转向轮 1.转向摇臂 2.转向直拉杆 3.左转向横拉杆 4.右转向横拉杆 5.左梯形臂 6.右梯形臂 7.摇杆 8.悬架左摆臂 9.悬架右摆臂 10.齿轮齿条式转向器转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂(或转向节臂)。它所受的力既有拉力、也有压力，因

11、此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可靠。在转向轮偏转或因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。 图0-3 转向加力装置1.方向盘 2.转向轴 3.转向中间轴 4.转向油管 5.转向油泵 6.转向油罐 7.转向节臂 8.转向横拉杆 9.转向摇臂 10.整体式转向器 11.转向直拉杆 12.转向减振器动力转向系统兼用驾驶员体力和发动机(或电机)的动力为转向能源的转向系统，它是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。如图0-3其中属于转向加力装置的部件是：转向油泵5、转向油管4、转

12、向油罐6以及位于整体式转向器10内部的转向控制阀及转向动力缸等。当驾驶员转动转向盘1时，转向摇臂9摆动，通过转向直拉杆11、横拉杆8、转向节臂7，使转向轮偏转，从而改变汽车的行驶方向。图0-4 加工前后示意图1.球头销套 2.球头销座 3.堵塞 4.球头销a.加工前 b.加工后由于球头销在汽车各类转向传动机构内都有广泛的应用，所以与之相配套的球头销套的需求量也是与日俱增。目前球头销套的铆合大多数采用压力机垂直冷成形铆合，这种铆合工艺设备简单，成本低，速度快，但是产品精度不高，寿命低，有些甚至出现球头转动不良的情况。这将给汽车的转向机构带来一定的隐患，同时汽车的质量也相对下降。产生这种情况的原因

13、主要是压力机的成形力比较大，在加工过程中容易造成球头销和球头销座压紧，出现转动不良,同时也加剧了磨损，降低了零件的使用寿命。为了解决球头销质量不高的情况，提高加工工艺是唯一的途径。本课题的主要目的就是确定新的生产工艺，并设计采用这种工艺的铆接装置以及通过有限元分析软件deform来分析和验证铆接装置的加工结果是否符合要求。这对于降低研发周期，减少生产成本都具有非常重要的现实意义。1 方案的比较和确定1.1 设计要求设备需要加工的工件是五种类似但尺寸上有差异的球头销套，图1-1表示的是较有代表性的一种。设备要将球头销套的端口铆合，即图示标注了直径D25mm的位置，端口最薄处0.5mm，1.5mm

14、处1.2mm厚，竖直方向上的总进给量为1.5mm。五种销套端口直径的范围是25mm35mm，进给量的范围是1.5mm2mm。图1-1 加工前的销套尺寸由于需要加工五种产品甚至更多，所以设备要有良好的通用性，产品变化后，设备能在短期内恢复生产能力，并且满足设计要求。同时我们摒弃的压力机的方案，在加工的末期由于成形力太大导致球头和球头销座压紧。为了避免这种情况的出现，我们将拉长加工时间，循序渐进地完成加工，并在加工的全过程中检测球头销与球头销座的压紧力，一旦该压力超出一定的范围立刻停止加工。1.2方案的比较 根据设计要求，我们采用连续局部塑性成形的工艺来加工。连续局部塑性成形是金属压力加工领域中一

15、个重要的方面，且在轧制领域的应用已相当成熟 ，如板材、型材和管材等轧制技术的发展不仅对工业生产、经济建设起到非常重要的推动作 用，而且在日常生活中也普遍使用了金属的板材、管材和型材。连续局部塑性加工在型材轧 制中之所以占有这样重要的地位，是由于这种加工技术具有静压成形(冲击、振动和危害环 境甚小)、能量利用率高、生产质量稳定、易于实现机械化与自动化、生产效率高、能充分 地发挥金属材料塑性的潜在能力等优点。1.2.1摆动辗压的方案 所谓摆动辗压，是利用一个带圆锥形的上模对毛坯局部加压，并绕中心连续滚动的加工方法。如图1-2所示，带锥形的上模，其中心线oz与机器主轴中心线OM相交成角，此角称摆角。

16、当主轴旋转时，oz绕OM旋转，于是上模便产生了摆动。与此同时，滑块3在油缸作用下上升，并对毛坯施压，这样上模母线就在毛坯上连续不断地滚动，最后达到整体成形的目的。2.摆动辗压的特点、应用领域和分类1）省力。因摆辗是以连续局部变形代替常规锻造工艺的一次整体变形，因此可以大大降低变形力。实践证明，加工相同锻件，其辗压力仅是常规锻造方法变形力的1/51/20；2）产品质量高，节省原材料，可实现少无切削加工。如果模具制造尺寸精度很高，且进行过抛光，则辗压件垂直尺寸精度可达0.025mm，表面粗糙度可达R0.40.8m。 图1-2 摆动辗压1摆头（上模）2毛坯3滑块 4进给油缸 3）摆动辗压适合加工薄而

17、形状复杂的饼盘类锻件。加工薄饼类锻件，摆辗所需的变形力比常规锻造力小很多，而且工件愈薄，用摆辗法成形愈省力。4）劳动环境好，劳动强度低。摆辗时机器无噪声、震动小，易于实现机械化、自动化。 5）设备投资少，制造周期短，见效快，占地面积小。1.2.2滚压方案旋压主要是对板材进行成形加工，板材是装在芯模的顶部，动旋轮在旋转的同时还有轴向运动和径向运动，于是使板料在滚压作用下产生局部连续变形，加工成与芯旋模外形相同的零件。旋压技术的研究在我国始于20世纪60年代，到目前已获得了较大的发展，在设备设计制造、理论研究及技术推广等方面都取得了很大的成绩。旋压的产品在刚度、强度的改进方面都很有特色，然而现在对

18、其开发和研究得还不够。如果将其用在可变厚度的壳形件，或者具有起伏变化表面的壳形件上是完全可行的，若结合计算机程序控制，就能加工出质量稳定、精度较高、形状复杂的轴对称壳形件。滚压成型，20世纪50年代末由外国传入中国，系在旋压成型基础上发展起来的一种新的成型方法。即把固定的型刀改为可以旋转的滚压头，滚压头与模型同时旋转，遂将工件压延成所需的一定形状。1.2.3对比 由图1-2可知摆动碾压的结构比较复杂，因为它的运动是多方向的，这也是摆动碾压这个名称的由来，因此其传动机构会更复杂。虽然它可以加工的形状可以很多样化，但是对于本课题是没有必要的。而滚压成形只要两个方向上的运动，实现起来较容易，结构也会

19、相对简单，成本也会更低。根据计算,滚压工艺的成形力比摆动辗压的成形力还要低，这就进一步精简了机构。由于滚压头的结构都比较简单，更换滚压头就可以达到加工不同球头销套的目的，非常适合于该设备。1.3滚压头的初步设计 图 1-3 滚压头 图 1-4 销套突出部分上限 图1-5 销套突出部分下限设备是要将球头销套的端口突出部分铆平，如图1-4和1-5进给量在1.5mm2mm之间，端口壁厚在1.2mm1.43mm之间。故滚压头的中间开圆弧槽，圆弧的半径为1mm，弧度为，弧长1.57mm，槽宽1.414mm，如图1-3。这样刚好可以将端口2mm处1.43mm厚的端口壁容纳在圆弧内。用这样的滚压头加工出来的

20、销套的效果如图1-6 图1-6 销套加工后效果图1.4传动机构的选择 设备要求通用性，且为了增加加工时的柔性，拟用1000r/min的电机为动力来源，电机先经变频器调速再经一级带轮减速可获得要求的加工转速。变频器的调速范围虽广，但是它在低速时的性能不佳，故仍然采用带轮来硬件调速，这样一方面保证了加工时转速的可调性，也增加了转速和电机转矩的稳定性。当在加工过程的初期，可以适当增加电机的转速和进给量来提高加生产效率；而在加工过程的后期，需要减少转速和进给量以保证生产质量。2 铆头的设计及计算2.1挤压力的计算虽然采用滚压的方式加工，但这仍然可以是属于冷挤压加工的范畴，故可用冷挤压的分析方法 计算方

21、法和数据摘自挤压模具简明设计手册参考文献5进行计算。挤压力是设计的基础，选择设备的依据，并可借以衡量挤压的难易程度。总之，挤压力是一个重要的参数。2.1.1 冷挤压原理及分类冷挤压是在室温下，用模具使固态的金属在相当大的压力和一定的速度下，通过模腔产生塑性变形，挤压成型而获得一定的形状与尺寸零件的一种加工方法。冷挤压的工艺过程是：先把毛坯放在凹模内，接凸模的压力使金属产生塑性变形，并通过凹模的下通孔或凸模与凹模间的环形间隙，将制件挤出成型。根据金属被挤出的方向与凸模运动方向的关系，冷挤压可分为正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压和镦挤等。正挤压：如图2-1所示。金属流动方向与凸模运动方向相同，适

22、合用于各种形状的实心、管、环型件的挤压。反挤压：如图2-2所示。金属流动方向与凸模运动方向相反，适合用于各种断面形状的杯形件。 图 2-1 正挤压 图 2-2 反挤压1凸模；2凹模；3毛坯； 1凸模；2凹模；3毛坯；4挤压件；5顶料杆。 4制件；5顶料杆。复合挤压：如图2-3所示。金属流动方向相对于凸模方向，一部分相同，一部分相反。适合于各种复杂零件的挤压。图 2-3 复合挤压 1凸模； 2凹模； 3毛坯； 4制件； 5顶料杆。径向挤压：如图2-4所示。金属流动方向与凸运动方向模垂直，适用于具有法兰凸台的轴对称件挤压。镦挤：如图2-5所示。金属的流动具有挤和镦的特点，即一部分金属沿凸模轴向流动

23、，一部分沿径向移动。适用于大头类及阶梯轴类制件的挤压。 图 2-4 径向挤压 图 2-5 镦挤2.1.2 计算挤压力 挤压力的大小与挤压材料的性能，挤压件的变形程度，模具的几何形状和润滑条件等许多因素有关。由于一系列因素的影响，挤压力是难以准确计算的，尤其形状复杂工件的挤压力尚无完善的计算方法及实用可靠的公式或图表。目前，计算冷挤时挤压力有简易计算、理论计算、利用实验公式和列线图表及图形分桥等五种常用的方法。这里，我采用简单估算的方法。表 2-1 计算挤压力的公式公 式说 明PpFP-挤压力，Np-单位挤压力，MPa，可按表ZW-2-2查取F-凸模工作的投影面积，mm2即表2-1中计算公式，将

24、从下表中查取的单位压力的近似值，再乘以挤压的真实作用面积和安全系数，即可求近似的挤压力，计算式为：P p*F （2-1）表 2-2 挤压时单位压力的近似值材料钢含碳量/%b/Mpa挤压比1.251.52.03.00.3500680900126017100.1538040033063096014400.4555046076011702160挤压比 r (2-2)A0冷挤压前坯料的横截面积，mmA1冷挤压后坯料的横截面积，mm 需要加工的球头销套采用模锻处理的45号钢，为此，根据挤压性质,滚压前后的挤压比接近于1.2，选择其变动范围 q=460MPa，取q=400MPa。 最后确定工作的投影面积：

25、要求铆合时间t为7秒，加工量为1.5mm2mm，取较大值2mm，转轴转速n是60r/min250r/min，取小值60r/min则每转进给量： 公式摘自参考文献1摆动辗压工艺及模具设计 s = 0.286mm/r 图2-6 加工尺寸示意图拟定滚压头的直径D=35mm，则如图2-6，由于滚子半径远远大于s ，所以弧AB的长度近似于AC的距离： 弧AB AC 3.15mm工件的壁厚由图ZW-1-5 和ZW-1-6取大值1.43mm则竖直方向上的加工面积: F 竖直 弧AB工件壁厚 3.15mm1.43mm 4.5mm水平方向上的加工面积:F水平 S 工件壁厚 0.286mm1.43mm 0.41m

26、m垂直纸面方向的加工面积： F垂直AOB的面积AOC的面积AO弧AB/2OCAC/2 17.53.15/2（17.5-0.286）3.15/20.45 mm由F 竖直、F水平、F垂直可得这三个方向上的挤压力P竖直pF 竖直400MPa4.5 mm1800NP水平pF水平=400MPa0.41 mm164NP垂直pF垂直400MPa0.45 mm180N2.2滚子轴尺寸的计算图2-7 滚子轴受力示意图如图 27滚子轴采用三点支撑的形式，构成超静定结构，选定40Cr为轴材料Fy2=Fy1=P竖直1800NFx1Fx2P垂直180N，Fx1和Fx2构成轴向的拉力和一定的转矩，拉力对强度影响小，予以忽

27、略转矩Mx = 180N17.5mm 3150NmmP水平 e，则X 0.44，Y 1.0；P0XFr+YFa=0.441800+11881980N，乘上载荷系数fp，取1.2，PfpP02376N由公式公式来自参考文献6机械设计（第七版） Lh (2-4) 式中 Cr=4.92kN,n=240r/min，=3 Lh=616（h）；按每天8小时只能使用两个半月，同时为了解决克服滚子的横向力矩，考虑使用双轴承： （ii）图 2-9 轴承与滚子的联接轴承与滚子的联接参考图2-9，考虑到轴承的拆卸，轴向力由滚子传递给靠里的轴承。但是按这种结构轴承的受力仍然不理想，靠外的轴承受力很小，起不到应有的作用

28、，但是滚子槽的间距是必须满足一定的要求的，这样的结构也是不得已。虽然选用大尺寸的轴承可以解决承载力的问题，但是为了保证滚子直径，仍然选用 d = 10mm，D = 26 ，B = 8，Cr = 4.92KN的7000C型角接触球轴承。放弃了轴承的拆卸，因为滚子同样也是消耗件，可以让轴承与滚子一起换掉。故采用图210所示的结构，这样的结构还能克服两个方向的轴向力，更加完善。图 210 铆头结构图派生力可以互相抵消，靠里的轴承受到纵径向力的约2/3，则Fa=180N，Fr=1800N2/31200N，Fa/Fr0.15 e0.8，则 X1，Y0.78；P1.2（112000.78180）1608.

29、5N；代入公式(2-4)公式来自参考文献6机械设计（第七版） Lh Lh1985.5h，够用8个月，完全可以满足要求。3 传动进给机构3.1传动机构3.1.1电动机功率的选择 铆头采用两个滚压头同时滚压，所以在转轴上会形成一个转矩：M= P水平D P水平164N，力臂即球头销套的端口直径D，取最大值35mm，代入上式，得 MP水平D164N35mm5740Nmm5.74Nm；影响传动效率的几个因素有:变频器的效率、带轮效率、电机效率、轴承效率；这几个值分别取0.7、0.9、0.7、0.8 数据查自参考文献7机械设计手册 则总效率0.70.90.70.80.3528 故 电动机的最小功率 N0.

30、1kW根据转速的要求，取功率为0.18kW，转速1000r/min，额定电流0.65A，380V，50Hz的电动机，电动机的型号为YS63S24B3。3.1.2变频器的选择 电动机的功率很小，且属于轻载运行，由于小功率的变频器比较少见故采用功率稍大的变频器FRN0.40G11S4CX，变频器的各参数如下：额定容量kVA1.1kVA；额定输入电压为3相380V/50Hz；额定输出电流1.5A；额定过载电流150电流1min，2000.5s；需要电源容量0.7kVA；由公式 公式来自参考文献2变频器基础及应用（第二版） 额定容量kVeIe10 (3-1)式中 k-安全系数，取1.1； Ve-电动机

31、额定电压，其值为380V； Ie-电动机额定电流，其值为0.65A则 额定容量1.1380V0.65A100.47kVA 12000h； 由公式(2-4)Lh； L12000h，p7344N，n60r/min，10/3（载荷较大，应选用圆锥滚子轴承），代入上式得 Lh ； 解得 Cr 34137N；按Cr选取内径d25mm，外径D52mm的 33205 号圆锥滚子轴承。轴的各尺寸如下图： 图 31 轴的尺寸3.1.5带轮设计公式来自参考文献6机械设计（第七版） 先选带型带数：PcaKaP；P-传递的额定功率，kW； P-计算功率，kW； Ka-工作情况系数；该带轮的载荷变动小，软启动，工作时间

32、每天小于10小时，故Ka取1.2。电动机功率0.18kW，代入算式 Pca1.20.18kW0.216kW；考虑减少带数，使用SPZ型带，小轮基准直径63mm，大轮基准直径250mm，传动比i3.97，中心距粗定 a0240mm。带数Z (3-4) -单根带的基本额定功率； -考虑包角不同时的影响系数；-考虑带的长度不同时的影响系数；-计入传动比的影响时，单根带额定功率的增量；查表得 0.06kW，0.35kW，0.89，0.9，Pca0.216kW，代入算式 Z1，但大轮直径太大，仍需三根皮带传动。a0取定后，根据带传动的几何关系，按下式计算带的基准长度Ld：Ld=2 a0+（dd2+dd1

33、）+(dd1+dd2)2/(4 a0) (3-5)dd1=63mm， dd2=250mm，a0=240mm，代入上式Ld= 981mm；查表取相近的带长Ld=1000mm。 接下来计算带轮的预紧力： 由公式F0=500+qv2 （3-6） q-单位质量，取0.07kg/m； v-带速，v= nd/60250r/min250mm3.1415/60s/min =3272.5mm/s = 3.3m/s;则F025.2N。则作用在轴上的力：Fp2z F0cos （3-7）2325.2sin70142N。最后计算带轮宽度B（z1）e+2f （3-8）z-带数，取3；e-槽间距，取12mm；f-第一槽对称

34、面至端面的距离，取8mm，则 B（3-1）122840mm。由于采用YS63S24B3电动机，电动机轴直径11mm，故小带轮内径d11mm， LB40mm。大带轮采用角接触球轴承7008C，与盖板联接，轴承内径40mm，外径68mm。大带轮尺寸如下图： 图32 大带轮尺寸3.2进给机构 冷挤压压力机按驱动方式分为机械式冷挤压压力机和液压式冷挤压压力机。机械式冷挤压压力机主要用于中、小型零件成形，挤压压力和行程较小，而要求生产率较高。液压式冷挤压压力机的工作行程较长，在挤压成形过程中保持最高的和稳定的压力，而且挤压工艺参数可以进行调节，适合于挤压行程较大和挤压力较大的零件。一般来说，机械式压力机

35、主要适用于冷挤压中、小型零件，所需压力和行程均较小，而要求生产率较高，批量较大，对于挤压行程较长、压力较大的零件则采用液压机较为合理。液压机的工作介子大都用油，少数用乳化液。用于挤压的液压机最主要的优点是：（）能在全行程内提供公称压力，而且行程长，很适宜挤压较长、较高的零件；（）液压机的挤压力、速度和行程容易改变，调节简单迅速；（）滑块运动时没有侧向力作用，能保压；（）如果发生过载，则液压机会停止工作，或在施加压力过程中，使压力缓慢下降，而不损坏模具；（）有安全阀作保险，比较可靠。虽然液压系统不是本次课题的内容，但是液压力的传递是不得不考虑在内的。该结构把转轴纳入液压活塞的内部，即在活塞内打通

36、孔。虽然打孔后活塞的强度会下降，但是本来挤压力就不是很大，所以应该不会成为问题。但是若按该结构设计，会比较复杂，要在带轮和转轴之间加花键副，花键副会很长，轴上的外花键也同样要很长，这样设备的轴向尺寸就会很长。而且花键副还要套轴承以克服带轮的自重和代传动的张紧力。 该表摘自参考文献7机械设计手册第五卷表 31 缸径和活塞杆的数值对应表缸径D/mm活塞杆直径d/mm最大工作压力16MPa最大行程s/mm速度比1.331.462推力/kN100505570125.664000(100)556380152.054000125637090196.354000转轴上的轴承外径52mm，加工时的进给力4kN

37、以下，一般液压缸和活塞的壁厚在10mm以上，根据上表选取缸径100mm，活塞直径80mm，最大行程30mm/s。计算工作时有效截面上的压力：PF/A；F3600N，A（100mm）2（80mm）2/4=2827.4mm2；P3600N2827.4 mm21.27N/ mm21.27MPa 16MPa；可以投入使用。4 DEFORM软件的模拟仿真4.1 DEFORM介绍航空航天、汽车、船舶等行业许多重要的零部件都通过锻造加工生产出来。传统锻造工艺和模具设计通常借助于反复的实物试验，周期长、成本高，而产品性能并不一定最佳。相反，锻造过程的数值仿真技术的应用越来越显示其优越性。DEFORM是一个全新

38、的工业锻造过程仿真软件包，由功能极强的有限体积求解器和WINDOWS NT风格的易用图形界面无缝集成。利用DEFORM的锻造仿真技术，能够大幅度减少反复试验，缩短锻造工艺开发周期，加快产品投放市场时间，增加获利。DEFORM已被成功用于全球各大著名锻造公司和零部件供应商的锻造产品开发。4.1.1 DEFORM功能 冷、温、热锻的成形和热传导耦合分析； 丰富的材料数据库，包括各种钢、铝合金、钛合金和超合金； 用户自定义材料数据库允许用户自行输入材料数据库中没有的材料；提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息； 刚性、弹性和热粘塑性材料模型，特别适用于大变形成

39、形分析； 弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题； 烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形； 完整的成形设备模型可以分析液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形； 用户自定义子函数允许用户定义自己的材料模型、压力模型、破裂准则和其他函数； 网格划线（DEFORM-2D，PC，Pro）和质点跟踪（DEFORM所有产品）可以分析材料内部的流动信息及各种场量分布温度、应变、应力、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理简 单明了（DEFORM所有产品）； 得在成形过程中即便形成了缺陷，模拟也可以进行到底（DEFORM-2D，Pro）； 多变形体模型允许分析多个成形工件或耦合分析模具应力（DEFO

40、RM-2D，Pro，3D）； 基于损伤因子的裂纹萌生及扩展模型可以分析剪切、冲裁和机加工过程（DEFORM-2D）。4.1.2 DEFORM软件的模块结构成形过程过程仿真系统的建立，就是将弹塑性有限元理论、刚塑性成形工艺学、计算机图形处理技术等相关理论和技术进行有机结合的过程。其成形问题有限元分析流程如图所示。从图中看出，DEFORM软件的模块结构师由前处理器、模拟处理器和后处理器三大块组成。前置处理FEM求解器后置处理材料数据库工艺数据库图形系统离散模型收敛准则图形系统输出结果图 4-1 成形过程仿真流程4.2滚压头及销套建模由于DEFORM-3D不具备三维造型功能，所以物理模型要在其他三维

41、软件中建立。这里我采用了pro/e软件。DEFORM-3D软件的操作环境的坐标系与pro/e软件中默认的坐标系相同，理解这一点非常重要，因为在定义销套的旋转中心时必须知道模具的坐标中心。这里我们以销套的中心为所有零件的基准。根据第二章设计结果依次建立销套，挡板，滚压头三个模型，从pro/e中以stl文件导出。4.3前处理进入DEF ORM软件操作窗口，在窗口右方存在四块内容，其中第一个就是前处理部分。选择 DEFORM-3D Pre进入窗口。（1）点击右上方 Simulation Control 进入前处理控制部分，在Main选项规定了模型名称，运行程序文件名、编号，单位，分析类型，模型分析的

42、主要特征。而Step选项则规定了程序运行的起始步，终止步，总步数以及步长等参数。Stop 窗口确定了程序终止的相关参数：开始步码为-1，总共有150步，每10步保存一次。忽略模具位移选项设置。Import objective按钮，通过它把在pro/e中以建立的模型stl文件导入DEFORM。如图4-2通过objective positioning按钮把模具和工件调整到所需加工的对应坐标位置。图 4-2 模型的导入（2）Movement的设定。滚压头有两个方向的运动：即垂直进给和绕球头销套的中心旋转。如图4-3即translation平移和rotation.其中旋转按右手定则来确定方向。Proc

43、ess Condition 则规定了一些边界条件，如：环境温度，传导系数，周围原子含量，扩散系数等。图 4-3 运动参数的设定 （3）销套网格划分及边界条件的设定。对于有限元分析，网格的划分非常重要。过密的网格能得出精确地计算结果，然而也会占用计算机大量的资源，运算时间也将大大增加；相反，若网格划分密度不够，将导致求解器求解时进行反复的网格自动重生成，这将导致模拟失败。经过反复试验，采用对称方法和网格局部细分的办法可以解决上述问题。先对四分之一销套进行整体网格划分，该部分值为20000。其次点击【Detailed Settings】标签，设定局部网格。接着在窗口内部单元与外部单元比率（size ratio to elem outside window）填入0.01,数值0.01表明窗口内部的单元尺寸是外部单元的百分之一。 （4）材料机械属性参数设定。在Simulation Control 右方 Material选项进入材料属性窗口。主要给出了材料主要的机械性能。完成主要参数的值后，保存文件。 图 4-4 局部细分网格窗口 4.4提交求解器运行打开已安装的DEFORM软件，点击FileNew Problem1.选择Forming wizard 建立一个新向导