《车轮螺母冷镦》ppt课件

1、车轮螺母冷镦成型仿真与分析车轮螺母冷镦成型仿真与分析分析报告分析报告 报告人：张洪宝报告人：张洪宝主要内容主要内容l目的目的l分析内容分析内容l螺母冷镦成型的仿真分析螺母冷镦成型的仿真分析l不同工位的仿真分析不同工位的仿真分析l同一工位不同镦击速度的分析比较同一工位不同镦击速度的分析比较l 结果分析结果分析l 改良意见改良意见l 结论结论1工程概要工程概要l1工程背景工程背景l车轮螺母系列不断是吉标分公司的主要产品，也是生存车轮螺母系列不断是吉标分公司的主要产品，也是生存的命脉产品，为解放各系列卡车进展配套，批量在的命脉产品，为解放各系列卡车进展配套，批量在500万件左右。由于车轮螺母系列产品

2、规格大，冷镦加工后万件左右。由于车轮螺母系列产品规格大，冷镦加工后压合垫圈时开裂的缘由，呵斥产品的废品率达压合垫圈时开裂的缘由，呵斥产品的废品率达30%，产，产品的本钱很高，故吉标分公司不断采用热镦加工车轮螺品的本钱很高，故吉标分公司不断采用热镦加工车轮螺母，热镦加工较冷镦加工的螺母在机械性能、外表质量母，热镦加工较冷镦加工的螺母在机械性能、外表质量等方面相差很多，而随着国家节约形经济的提出和本钱等方面相差很多，而随着国家节约形经济的提出和本钱压力的加大，我单位积极从降低能耗削减本钱的角度谋压力的加大，我单位积极从降低能耗削减本钱的角度谋开展，想尽一切方法降低能源的耗费来实现公司开展，想尽一切

3、方法降低能源的耗费来实现公司2007年年运营目的能耗运营目的能耗2199万元，千元产值比控制在万元，千元产值比控制在0.0661以以下。因此我们技术人员在潜心研讨，方案将车轮螺母下。因此我们技术人员在潜心研讨，方案将车轮螺母系列产品由原来采用热镦加工改用冷镦加工，提高产品系列产品由原来采用热镦加工改用冷镦加工，提高产品的机械性能、外表质量，从而提高产品的市场竞争力。的机械性能、外表质量，从而提高产品的市场竞争力。l4.2产品现状和开展方向产品现状和开展方向l公司主要产品：发动机连杆螺栓、连杆螺母；主轴承盖螺公司主要产品：发动机连杆螺栓、连杆螺母；主轴承盖螺栓、缸盖螺栓、飞轮螺栓；轿车、轻型车、

4、中型车、重型栓、缸盖螺栓、飞轮螺栓；轿车、轻型车、中型车、重型车底盘系统的车轮螺栓、车轮螺母；车底盘系统的车轮螺栓、车轮螺母；U型螺栓、防松螺栓；型螺栓、防松螺栓；各种异形高强度螺栓及其它汽车紧固件。今后的开展方向各种异形高强度螺栓及其它汽车紧固件。今后的开展方向是制造高强度，高附加值紧固件，这些产品要求散差要小，是制造高强度，高附加值紧固件，这些产品要求散差要小，质量要可靠，为此必需提高产质量量和开发速度。质量要可靠，为此必需提高产质量量和开发速度。l4.3市场压力市场压力l市场需求量大的车轮螺母来说更是各汽车紧固件厂家的必市场需求量大的车轮螺母来说更是各汽车紧固件厂家的必争的重要零件。我单

5、位是国有企业，不可防止地在管理制争的重要零件。我单位是国有企业，不可防止地在管理制度上没有私有和民营企业那么灵敏，劳动本钱也没有他们度上没有私有和民营企业那么灵敏，劳动本钱也没有他们低，在消费一样的产品时，我们的本钱要比他们要多，假低，在消费一样的产品时，我们的本钱要比他们要多，假设我们不从技术角度来思索去降低本钱，提高质量，那么设我们不从技术角度来思索去降低本钱，提高质量，那么我们企业生存也会越发困难。我们企业生存也会越发困难。l4.4客户的要求客户的要求l随着客户对紧固件的要求越来越高，要求我们制随着客户对紧固件的要求越来越高，要求我们制造出越来越精，质量越来越好，散差越来越小，造出越来越

6、精，质量越来越好，散差越来越小，可靠性越来越高的产品，国外客户更是要求我们可靠性越来越高的产品，国外客户更是要求我们对产品有内部金属流线，潜在缺陷有计算机的分对产品有内部金属流线，潜在缺陷有计算机的分析和统计，通用公司甚至要求产品零缺陷。客户析和统计，通用公司甚至要求产品零缺陷。客户的要求就是我们努力开展的目的。经过仿真软件的要求就是我们努力开展的目的。经过仿真软件对金属在加工时成型过程进展动态模拟分析，可对金属在加工时成型过程进展动态模拟分析，可以发现靠阅历设计时不能发现的金属流线能否合以发现靠阅历设计时不能发现的金属流线能否合理，能否产生了叠纹等问题，防止潜在不可欲知理，能否产生了叠纹等问

7、题，防止潜在不可欲知的缺陷。的缺陷。l4.5冷镦和热镦的优缺陷比较冷镦和热镦的优缺陷比较l4.5.1热镦的特点热镦的特点l1 由于将资料进展了加热，降低了资料流动时的屈服应力，由于将资料进展了加热，降低了资料流动时的屈服应力，可以实现比较大的变形，所以可以在比较少的工位实现整个可以实现比较大的变形，所以可以在比较少的工位实现整个变形要求。变形要求。l2 资料被加热降低了流动应力，对设备的吨位要求降低。资料被加热降低了流动应力，对设备的吨位要求降低。l3工位比较少，相应的对模具也耗费比较好。工位比较少，相应的对模具也耗费比较好。l4 对资料进展了加热，资料在变形的过程中被氧化，后续对资料进展了加

8、热，资料在变形的过程中被氧化，后续需求去氧化皮的工序，添加了本钱。需求去氧化皮的工序，添加了本钱。l5需求专有的加热安装，能源耗费比较大，任务环境不好。需求专有的加热安装，能源耗费比较大，任务环境不好。l6 在加工过程中，资料脱碳。在加工过程中，资料脱碳。l4.5.2冷镦的特点冷镦的特点l1冷镦是在常温条件下进展的，由于金属冷作硬化，使金冷镦是在常温条件下进展的，由于金属冷作硬化，使金属零件的机械性能得到改善和提高。属零件的机械性能得到改善和提高。l2冷镦工艺可以提高资料利用率，以冷镦螺栓为例，非切冷镦工艺可以提高资料利用率，以冷镦螺栓为例，非切边六角头螺栓，资料利用率可达边六角头螺栓，资料利

9、用率可达99%以上。以上。l3 在加工过程中，不存在被氧化和脱碳的问题。在加工过程中，不存在被氧化和脱碳的问题。l4由于不需求加热，改善了劳动条件。由于不需求加热，改善了劳动条件。l计算目的计算目的l运用金属成型分析软件运用金属成型分析软件DEFORM 3D对对L3103071-4E螺母冷镦工艺进展仿真分析，并螺母冷镦工艺进展仿真分析，并经过对仿真计算结果的分析，提出改良意见。经过对仿真计算结果的分析，提出改良意见。以处理现实消费中存在的产品外表或内部存在以处理现实消费中存在的产品外表或内部存在裂纹，模具、冲头寿命低等问题。裂纹，模具、冲头寿命低等问题。l分析内容分析内容l 对冷镦成型工序的不

10、同工位对冷镦成型工序的不同工位5个工位分别个工位分别进展仿真计算，模拟该螺母冷镦成型的过程；进展仿真计算，模拟该螺母冷镦成型的过程；并且对每一工位的不同工况上冲头运动速度并且对每一工位的不同工况上冲头运动速度不同进展分析和比较。此次分析将模具和冲不同进展分析和比较。此次分析将模具和冲头简化为刚体，不思索其受力和变形，只思索头简化为刚体，不思索其受力和变形，只思索镦击过程中工件的受力和变形模具和冲头的镦击过程中工件的受力和变形模具和冲头的受力分析将在下一阶段进展。受力分析将在下一阶段进展。l计算分析计算分析l资料：工件资料为资料：工件资料为ML35，对应国际资料牌号为，对应国际资料牌号为AISI

11、-1035，模具和冲头简化为刚体，故不用思索其资料。，模具和冲头简化为刚体，故不用思索其资料。l单位选取：选用国际单位制，长度单位选取：选用国际单位制，长度mm，时间，时间s，力，力N，应力应力Mpa。l计算区域：选取计算区域为模具、上下冲头以及工件，计算区域：选取计算区域为模具、上下冲头以及工件，并对模具和上下冲头进展必要的简化，以减少计算区域。并对模具和上下冲头进展必要的简化，以减少计算区域。l网格划分：对工件进展网格划分，为保证计算的准确，网格划分：对工件进展网格划分，为保证计算的准确，最小边上不小于最小边上不小于2个网格。模具和冲头为刚体，不用划个网格。模具和冲头为刚体，不用划分网格。

12、分网格。l图1 计算区域和网格划分l冲头运动：由于曲柄滑块机构的速度时间曲线不容易求得，所以取其平均速度，滑块行程h=0.2m，曲柄转速R70RPM或35RPM，经过公式V2hR/60求得速度分别为0.46m/s和0.23m/s。 计算结果：计算结果的后处置，主要是查看成型过程中工件的资料流动，工件所受的受力以及上冲头的最大镦击力；计算结果的判别，主要是判别成型过程中工件的资料流动能否合理，以及工件所受最大应力能否超越资料的抗拉强度。工位1工位2工位3工位4工位5工件最大应力Mpa906上冲头镦击力KN374259240051160.2表1 上冲头运动速度为0.46m/s时的仿真计算结果表2

13、上冲头运动速度为0.23m/s时的仿真计算结果工位1工位2工位3工位4工位5工件最大应力Mpa908上冲头镦击力KN243266254053157.6仿真计算完成后工件外形和实物对比方下：图3 仿真计算结果图4 工件实物l结果分析结果分析l金属波速为金属波速为5000m/s，碰撞速度应小于资料波速的，碰撞速度应小于资料波速的1，假设碰撞速度超越假设碰撞速度超越50m/s，会导致工件变形高度部分化。，会导致工件变形高度部分化。在在50m/s的范围内，冲头速度变化对整个碰撞的过程的范围内，冲头速度变化对整个碰撞的过程即成型过程影响不大。即成型过程影响不大。l工件资料工件资料ML35的疲劳极限为的疲

14、劳极限为380Mpa，抗拉强度为，抗拉强度为576Mpa。第三工位成型时，工件所受应力为。第三工位成型时，工件所受应力为906Mpa，已超越资料的抗拉强度，这是呵斥成型的螺母内部或者已超越资料的抗拉强度，这是呵斥成型的螺母内部或者外表存在裂纹的主要缘由；同时，上冲头的镦击力过大，外表存在裂纹的主要缘由；同时，上冲头的镦击力过大，这是呵斥模具和冲头寿命低的主要缘由。这是呵斥模具和冲头寿命低的主要缘由。改良意见改良意见l5.1 第三工位改良方案第三工位改良方案l由仿真计算结果可知第三工位中，工件和由仿真计算结果可知第三工位中，工件和冲头受力过大，究其缘由是成型过程中资冲头受力过大，究其缘由是成型过

15、程中资料流动的不合理呵斥的，也就是说工件的料流动的不合理呵斥的，也就是说工件的初始外形是不理想的。分析资料的流动趋初始外形是不理想的。分析资料的流动趋向，得出改良方案：取消工件由第二工位向，得出改良方案：取消工件由第二工位至第三工位时的翻转原工艺中工件由第至第三工位时的翻转原工艺中工件由第二工位至第三时进展了翻转和平移。二工位至第三时进展了翻转和平移。分析结：果对比方下工件最大应力Mpa 上冲头镦击力KN改良前9082540改良后3215.2 第四工位改良方案第四工位改良方案由第四工工位的仿真计算结果可知，突缘部分的资料流动不由第四工工位的仿真计算结果可知，突缘部分的资料流动不合理主要是由于上

16、冲头冲压过深引起的，改良的方法是减少合理主要是由于上冲头冲压过深引起的，改良的方法是减少上冲头的冲压深度同时添加下冲头的冲压深度。上冲头的冲压深度同时添加下冲头的冲压深度。图6 改良前成型过程的资料流动5.2.2 上冲头浅3mm，下冲头深3mm由分析结果可知，资料流动有相当大的改善图8 改良后成型过程的资料流动l改良前：突缘部分向上冲头运动反方向挪改良前：突缘部分向上冲头运动反方向挪动的最大位移为动的最大位移为3.9mml改良后：突缘部分向上冲头运动反方向挪改良后：突缘部分向上冲头运动反方向挪动的最大位移为动的最大位移为1.6mm，较改良前资料流，较改良前资料流动已有明显改善动已有明显改善效益问题：1.设计开发方面单次改良 设计人员 设计时间模具费用周期效果有阅历的工程师10天8万40天30%废品率CAD/CAE软件4天(验证)02天700件没有废品2.工艺工序方面序号内容单件节约年节约备注1取消磨工序0.073500002能源节约0.021200003设备折旧 1000004模具耗费添加90000年产量在500万件左右 改良本钱=350000+12000+100000-90000=48万元。产品价值效益估计l1.热镦改为冷镦每件节省1元。l2.原来消费700万件产品有500万件废品。如今就是700万件废品。l3.每件产品是6元。添加产值1200万，或者是200万