摩托车尾盖锻造模具设计毕业设计答辩.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,毕业设计答辩,材料成型及控制工程,0921,班,陈铁刚,2013,年,6,月,6,日,科信学院,1,设计的题目为,：摩托车尾盖锻造工艺及模具设计；,其零件图如下所示,一、毕业设计题目,2,二、课题的主要研究内容,本课题研究的主要内容为：,1.,设计,Al6061,合金摩托车尾盖锻造相关参数；,2.,通过零件的塑性成形工艺分析，用三维软件,(PRO/E),设计该零件的锻造模具；,3.,用金属材料塑性成形模拟软件,Deform 3D-V6.1,进行有限元分析。,3,1.,相关参数设定,（,1,）材料选择,因摩托车趋向轻量化发展，故本次锻造材料选择为,Al6061-T6,。其锻造工艺性如下：,Al6061,合金中的主要合金元素为镁与硅，有良好的塑性和优良的可焊性、抗蚀性、可机加工性。,其,合金产品大多在固溶处理与时效后应用,（,T6,状态），,时效温度,155,-165,，保温,18h,。该合金锻造温度范围,380,500,。具有可锻性、导热性良好、对应变速率敏感、锻造温度范围窄、流动性差等特点。,4,（,2,）锻造模具工艺及方式的选择,本次锻造模具工艺设计为精密模锻，选择等温锻造方式。因为精密模锻工艺能获得表面质量好、机械加工余量少且尺寸精度较高的锻件；且等温锻造特别适合于那些锻造温区窄的难变形材料，其锻造过程变形材料中常发生动态再结晶，从而使锻件中的组织呈均匀的等轴细晶形态，故而其成形的零件尺寸精度高。,5,（,3,）加工余量的制定,加工余量根据,JB3834-85,标准所规定的原则，应考虑下列因素：公差等级、锻件质量、锻件形状复杂系数。精密模锻尺寸公差可达,0.05mm,，表面粗糙度可达,Ra3.2,0.8m,。根据计算，锻件的形状较复杂，为,S3,级，质量约为,0.49954kg,，故确定该零件加工余量为,1.72.2mm,，本设计中定为,2mm,。,6,（,4,）模锻公差的制定,精密模锻件公差可达到,IT4,级，而尾盖除了机加工的表面外，其他尺寸公差一般为,IT13,级，故根据,GB/T 18042000,来制定锻件公差，其部分公差如右图所示。,7,（,5,）模锻斜度的设定,为了便于脱模，锻件表面上需有模锻斜度，模锻斜度可分为外加模锻斜度和自然模锻斜度。若锻造设备没有顶出机构，所以必须留出模锻斜度，精密模锻时铝合金锻件的模锻斜度为,1,3,，本锻件取为,1,。因本模具中有顶出机构，故可以不留斜度。,8,（,6,）冲孔连皮的设定,对于直径小于,25mm,的内孔,锻件一般不锻出,采用压凹使成形饱满。对内孔等于或大于,25mm,的锻件时不能直接获得透孔，在该部位留有一层较薄的金属称为连皮。本设计中为平底连皮，其厚度,s,通常在,4mm,8mm,范围内，选择为,5mm,。其内圆角半径经计算为,6.5mm,，本模具设计中选择为,6mm,。,9,（,7,）确定毛坯的形状和尺寸,用,PRO/E,可以算出锻件的体积为：,V,锻,=8.910,4,mm,3,，根据体积成形体积不变原理，得,V,坯,=V,件,+V,连皮,=8.910,4,mm,3,，坯料的形状为,8.817mm,3,，其中公差为,IT13,级。由于体积成形时铝合金内部的缺陷（如缩松、缩孔）会被压实，体积会变小一点，所以毛坯体积取得相对大一点。,10,（,8,）凹模的设计,设计为组合凹模，具体如下图,11,（,9,）凸模的设计,凸模的设计如下,12,（,10,）模具的装配图,13,2.,绘制,PRO/E,图,（,1,）绘制零件图,14,（,2,）绘制锻件图,15,（,3,）绘制模具型腔图,16,（,4,）绘制其余零件图,17,绘制其余零件图,18,绘制其余零件图,19,（,5,）绘制装配图,20,3.,尾盖塑性成形的有限元分析,（,1,）,DEFORM-3D,简介,DEFORM-3D,是一套基于工艺模拟系统的有限元系统（,FEM,），专门用于分析各种金属成形过程中的三维（,3D,）流动，提供工艺分析数据，及有关成形过程中的材料和温度的流动。,DEFORM-3D,可以应用于金属成形的冷加工、热加工等工艺。,DEFORM-3D,的典型应用：拉深、锻造、挤压、压塑、冷镦、机加工、轧制、开坯、镦锻等。,21,（,2,）操作步骤,1.,双击桌面,DEFORM-3D,图标，进入,DEFORM-3D,的主窗口。,2.File,New Problem,或在主窗口点击如图所示按钮。,3.,在接着弹出的窗口中默认进入普通前处理（,Deform 3D-preprocessor,）。,4.,接下来在弹出的窗口中用第四个选,项,“,Other Place,”,，选择工作目录,然后点击,“,Next,”,。,5.,在下一个窗口中输入题目的名称,(Problem name)BLOCK,点击,Finish,。,22,前处理操作窗口由图形显示窗口、物体参数输入窗口、物体显示及选择窗口以及各种快捷按钮组成。,图形显示窗口,物体参数输入窗口,物体显示窗口,物体选择窗口,23,（一）设置模拟控制方式及模拟名称,1.,点击按钮 进入模拟控制参数设置窗口。,2.,在,Simulation Title,一栏中把标题改为,BLOCK,。,3.,设置,Units,为,English,，勾选,Deformation,选项。,4.,点击,OK,按钮，返回到前处理操作窗口。,24,在模拟控制窗口中的,main,选项下可以设置：,1,、,单位制,1,）、,SI,：,国际单位制,2,）、,English,：,英制,注,：,deform,软件允许用户调入模型后再设置单位。,25,（二）设置模拟方式,主要有,1,）、拉格朗日增量模拟方式；,2,）、稳态机加工模拟方式；,3,）、,稳态挤压加工模拟方式；,注：一般模拟问题应该选择增量模拟方式，如果用户模拟的是车削或拉伸过程，并且使用欧拉求解方法，则选用稳态模拟方式。,注：求解方式的设定在 菜单下设置。典型的模拟一般在默认的情况下便可计算的很好。,26,3,、设置模拟类型,1,）、,deformation,：变形模拟,2,）、,heat transfer,：传热模拟,3,）、,transfmation,：相变模拟,4,）、,diffusion,：扩散模拟,5,）、,grain,：晶粒度模拟,6,）、,heating,：热处理模拟,27,（三）导入毛坯几何文件,1.,在前处理的物体操作窗口中点击按钮,(Geometry),，然后再选择,(Import Geometry),，选择在,CAD,中,或其他,CAE,软件中的造型文件。,2.,在,DEFORM3D v6.1,的版,本中，默认第一个物体是,工件（毛坯），所以物体,属性默认为,Rigid-plastic,。,28,注意：,在输入几何体后，必须检查输入的对象是否出现问题，检查方法如下：,1,）、点击按钮 ，查看弹出的对话框。对于一个封闭的几何体，必有,1,个面，,0,个自由边，,0,个无效的,实体。,2,）、外法线方向的检查。,点击按钮,查看对象的外法线是否,指向对象外。如果方,向反了，点击按钮,。,29,（四）划分网格,对于那些非刚性材料和考虑传热影响的刚体,(Rigid),材料，需要划分有,限元网格：,1.,点击按钮进入网格划分窗口；,2.,可以在网格数量输入框中输入单元数或用滑动条来设定。在本例,中，划分为,80000,。,3.,点击下面的按钮,Preview,可,以预览，如果满意，可以点击按,钮,Generate Mesh,来生成网格。,注：,1,）,preview,只划分元件表面,;,2,）,generate mesh,即划分表,面单元又划分体单元。,（具体网格划分总类见后面）,30,（五）导入模具文件,1.,导入上下模具的几何文件。在前处理控制窗口中点击增加物体按钮,Inter Objects,进入物体窗口。可以看到在,Objects,列表中增加了,一个名为,Top Die,的物体。,2.,在当前选择默认,Top Die,物体的情况下，直接,选择 然后选,31,3.,重复步骤,1-3,，导入下模的几何文件，系统会自动命名该物体为,Bottom Die,。而后我们可以在显示窗口中看到上下模以及上面导入的金属体。,32,（六）设置上模的运动参数,1.,首先在物体列表中选中,Top Die,在前处理的控制窗口中点击按,钮,Movement,，进入物体运动参数设置窗口。,2.,在运动控制窗口中，设置参数,Direction,为,-Y,，,Speed,为,1,。,33,（七）设置物体温度,由于某些材料属性与温度相关，所以即使在整个模拟过程中温度并,不变化，仍需要给物体设置一适当的温度值，否则可能得不到正确的模,拟结果。在,DEFORM3D v6.1,的版本中，默认工件温度为,68F,。,(,修改,温度的方式为在物体窗口中选中物体,Workpiece,，点击,General,按钮，然,后点击按钮 在弹出的输入物体温度窗口中，输入所需,温度。,),本设计中锻件，凸凹模温度均为华氏,932,34,（八）设置材料,1.,在物体列表窗口中选择,Workpiec,2.,在前处理控制窗口中，点击,中的 按钮导出材料,库。,3.,在材料选择窗口中，选择,Al,选项中的,Al6061,4.,点击按钮 便可将,材料导入。,35,（九）改变物体的空间位置,在,DEFORM,中，虽然不可以直接进行几何造型，但是可以通过旋,转,(Rotation),平移,(Offset),等方法来改变物体的空间位置。点击按钮,便可以进入到,Object Positioning,窗口中，进行操作。,36,（十）定义物间关系,1.,在前处理控制窗口的右上角点击 按钮，会出现一个提示，选择,Yes,弹出,Inter Object,窗口。,2.,定义物间从属关系：在,v6.1,中，系统会自动将物体,1,和后面的物体定,为从属关系,（,Slave-Master,），,即软的物体为,Slave,，硬的物体设为,Master,。,37,1.,点击按钮 ，进入新的窗口,2.,选择剪切摩擦方式,Shear,，输入常摩擦系数,constant,，如果你对具体的摩擦系数没有概念，可以选择工艺种类。本例中摩擦系数系统会设为,0.08,，点击,Close,按钮，关闭窗口。,3.,回到,Inter Object,窗口后选择第二,组。,4.,重复,1-2,的操作，,将,Bottom Die,和,Workpiece,的,摩擦系数也设,为,0.12,（也可以,在第,2,步后，点,击按钮,）,38,切记在上述操作后，被定义的物体组之间并没有接,触关系，只是定义了它们之间一旦接触后的摩擦系数，,真正定义接触必须点击按钮 ，在这个操作后，,互相接触的物体，,Mater,会自动与,Slave,发生干涉，互相,嵌入。,这是为了更快地进入接触状态，节省计算时间，互,相嵌入的深度，是由窗口中的,Tolerace,（接触容差）来,定义的,.,在本例中，不必改动接触容差值，直接点击按钮,Generate All,生成接触关系。,39,（十一）设置模拟参数,1.,在前处理控制窗口的右上角选择按钮 进入,Simulation Control,窗口。,2.,选择左侧第二个选项,Step,进行模拟步数和步长的设定。,3.,设置,Number of Simulation Steps,：,100,。这个参数的意思是除非模拟意外终止，否则程序将运行至,100,步即若模拟未被终止，整个过程将分成,100,步完成。,设置,Step Increment to Save,：,5,。这里的意思是每模拟,5,步，会将中间阶段结果写入数据库，这是避免每步都保存，造成数据文件过大。,4.,设置,primary die,。,设置主模具。,40,5.,前面设置了,100,步，但每一步的含义还没有明确，在下面设置,With Constant DieDisplacement,为,0.1,。,6.OK,关闭该窗口,注：,计算步长方式选择：,1,）由时间决定；,2,）由模具行程决定。对于通常变形问题，采用行程方式较好。,41,2,、模拟步长的确定,1,）、对于几何形状简单，边角无流变或其他严重的变形问题，步长可选择模型中较小单元的,1/3,为参考标准。,2,）、对于复杂几何形状诸如飞边或平面模外挤，步长取,1/10,，步长太大可能引起网络的迅速锐变，而太小会引起不必要的计算时间。,42,（十二）生成数据库文件,说明：有限元分析引擎把模拟计算的结果写在数据库文件中，该文件需在前处理环节产生，此时一些模拟信息,(,如材料属性、运动控制参数等,),会被写入该文件，因而在前处理数据都输入好时必须生成数据库文件。,1.,在前处理控制窗口点击,Database,按钮 ；,2.,在弹出的,Database Generation,窗口中点击 按钮，看是否在上述过程中是否有遗漏或错误之处，检查没有错误时再点击按钮 生成数据库文件。,注：,如果其间没有发生错误，系统会弹出,Database Generated,消息窗口，点击,OK,按钮关闭此窗口。,在,Database Generation,窗口的,DataChecking,一栏中绿色表示正常，红色表示严重错误必须纠正，黄色代表可能导致错误的警告信息。,3.,点击,Database Generation,中的,OK,按钮返回到前处理控制窗口。,43,1.,进行完上述的前处理后，点击按钮,保存已有,数据到一个,Keyword,文件中。,2.,单击,DEFORM-3D,系统窗口中的,FileeQui,t,按钮 ，当被问及是否真的想退出时，请选择,Yes,。,44,（十三）开始模拟,在,DEFORM 3D,的主窗口中，点击按钮 选择刚才生成的数据库文,件，然后再选择,Simulatar,中的,Run,开始模拟，在模拟过程中始终有一个,Running,提示。如果你想知道模拟的进程可以选择,Simulation,中,Process,Monitor,按钮查看模拟进度，如果此时模拟已经结束，会弹出“,There are,no DEFORM-3Djobs which are running now.”,这样的消息框。点击,OK,按,钮分别关闭上述窗口。点击按钮 可以查看工艺模拟过程。,45,（十四）模拟过程与结果,46,我的自述完毕请老师批评指正,47,