結(jié)構(gòu)cae技術(shù)在冷擠壓模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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1、結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)在冷擠壓模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2、第1內(nèi)容顯示中關(guān)鍵詞結(jié)構(gòu)CAE冷擠壓模具設(shè)計(jì)強(qiáng)度棱核1結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)概述結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)主要是應(yīng)用有限元方法，通過給定條件如材料屬性、負(fù)載條件、邊界條件、裝配連接設(shè)定等，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)、熱學(xué)的分析及診斷，提供給用戶具體、形象的數(shù)據(jù)表達(dá)形式．以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)校核數(shù)據(jù)。目前，開發(fā)對象的自動(dòng)離散及有限元分析結(jié)果的計(jì)算機(jī)可視化顯示技術(shù)“瓶頸”現(xiàn)象巳逐步解決，對象的離散從手工、半自動(dòng)到全自動(dòng)，從簡單對象的單維單一網(wǎng)格到復(fù)雜對象的多維多種網(wǎng)格單元，從單材料到多種材料，從單純購離散

3、到自適應(yīng)離散，從對象的性能校核到自動(dòng)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、分析，計(jì)算結(jié)果的可視化顯示可對應(yīng)力、應(yīng)變和溫度等場的靜動(dòng)態(tài)顯示、彩色調(diào)色顯示，也可對受載對象可能出現(xiàn)缺陷(裂紋等)的位置、形狀、大小及其可能波及區(qū)域等進(jìn)行顯示。2結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用模具常常工作在高壓、高溫的工況下，如冷擠壓模具工作在高壓狀態(tài)下，熱鍛模具工作在高壓高溫狀態(tài)下，強(qiáng)度與穩(wěn)態(tài)校核顯得很重要；壓鑄模、塑料成型模工作在高壓高溫狀態(tài)下，模具結(jié)構(gòu)的剛性與熱力性校核顯得很重要。有必要清楚模具的工作狀況并進(jìn)行模具的強(qiáng)度、剛性等校核，使模具能安全

4、、長壽命的工作，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)主要是根據(jù)設(shè)計(jì)資料和設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行，校核計(jì)算往往進(jìn)行得粗略且不全面，不能精確反應(yīng)模具的實(shí)際工況。雖然CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造中得到了廣泛的應(yīng)用，但其優(yōu)越性僅體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、加工效率與精度上，結(jié)構(gòu)性的模具設(shè)計(jì)及其校核卻往往無能為力。模具制造完成后常常需要多次試驗(yàn)、返修與改進(jìn)，甚至模具報(bào)廢，造成很大的損失。如今大型CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)(如UG、Pro/E等)和專門CAE軟件系統(tǒng)(如ANSYS等)功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)可以對所設(shè)計(jì)的摸

5、具進(jìn)行結(jié)構(gòu)性校核，在設(shè)計(jì)階段及時(shí)改善模具結(jié)構(gòu)，從而大大提高模具的一次試模成功率。圖1是應(yīng)用結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的一般步驟。3應(yīng)用UG軟件的結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)進(jìn)行冷擠壓模具設(shè)計(jì)范例如圖2所示是冷擠壓工序件簡圖，材料15鋼，圓桶形外形，內(nèi)花鍵槽孔，規(guī)格為6mm×23mm×28mm×6mm，此工序件采用冷擠壓一次成型，計(jì)算得所需坯料尺寸為φ40mm×20.6mm。模具工作部分基本結(jié)構(gòu)中凸模與凹模組合，如圖3所示。經(jīng)計(jì)算得模具受到的最大單位擠壓應(yīng)力為1870MPa，在此壓力下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)凹模采用3層預(yù)應(yīng)力組合凹模

6、，內(nèi)圈與中圈，中圈與外圈的單面過盈量均為0.32mm。凸模材料采用o5Cr4V2，凹模內(nèi)圈采用YG20；中圈采用4Cr，硬度為42-44HRC；外圈采用40Cr，硬度為38-40HRC。在冷擠壓模具設(shè)計(jì)中，模具強(qiáng)度需得到可靠的保證。因此，必須對模具零件進(jìn)行嚴(yán)格的強(qiáng)度校核計(jì)算。在此采用UG軟件的結(jié)構(gòu)CAE模塊功能對凸模和組合凹模進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。對于凸模，分別賦予材料屬性、負(fù)載條件、邊界條件，并對凸模進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分等，如圖4所示。給定條件后進(jìn)行求解運(yùn)算，結(jié)果如圖1所示，用不同顏色或其它方式可觀察出凸模各

7、處的應(yīng)力值。其最大壓應(yīng)力值為3781MPa。對于凹模組合的校核計(jì)算，首先要確定預(yù)應(yīng)力的值。其可以根據(jù)過盈量的數(shù)值，通過結(jié)構(gòu)CAE分析來獲得。首先假定頂應(yīng)力的值，由結(jié)構(gòu)CAE得出變形量．看是否與過盈量吻合，如此反復(fù)，可得出正確預(yù)應(yīng)力的值。經(jīng)此方法求出中圈與內(nèi)圈的變形量分配為0.24mm與0.0Bmm；考慮到中圈外緣變形量為0.20mm，因此外圈與中內(nèi)圈組合的變形量分配為0.40mm與0.10mm。得出中圈與內(nèi)圈的預(yù)應(yīng)力值為610MPa，中圈與外圍的預(yù)應(yīng)力值為650MPa。圖6是紿中圈內(nèi)緣面賦予一定預(yù)應(yīng)力的值

8、進(jìn)行的分析結(jié)果，由圖6可觀察出內(nèi)緣面與外緣面的變形量。對于組合凹模，是多個(gè)零件的組合，應(yīng)用結(jié)構(gòu)CAE進(jìn)行整體校核計(jì)算有別于單個(gè)零件對象。除對每個(gè)零件進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分外，還須對中圈與內(nèi)圈、中圈與外圈進(jìn)行曲面接觸網(wǎng)格劃分，同時(shí)賦予預(yù)應(yīng)力。經(jīng)分析結(jié)果如圖7所示。內(nèi)圈凹模所受最大應(yīng)力為1724MPa，中圈所受最大應(yīng)力為514MPa，外圈所受最大應(yīng)力為478MPa。從分析結(jié)果來看，模具零件所受的應(yīng)力均在其許用應(yīng)力范圍之內(nèi)。如果分析結(jié)果超過許用應(yīng)力，必須修改設(shè)計(jì)方案，修改后的方案有必要再一次運(yùn)用結(jié)構(gòu)CAE進(jìn)行校核。