抗侧滚扭杆极限镦粗比仿真分析及应用.pdf
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1、文章编号:():./.抗侧滚扭杆极限镦粗比仿真分析及应用曾晶晶卜继玲王京雁刘柏兵王永冠丁行武(株洲时代新材料科技股份有限公司湖南 株洲)摘 要:以抗侧滚扭杆为研究对象使用 软件建立三维热力耦合工艺链仿真模型获得了扭杆闭式镦粗工艺与开式镦粗工艺极限镦粗比规律针对文中扭杆镦粗工艺提出变截面模具改进方案并进行仿真与试制验证 结果表明极限镦粗比规律对提高扭杆镦粗工艺的质量给发挥了很大作用 避免镦粗失稳并指导模具优化设计降低生产成本关键词:抗侧滚扭杆镦粗工艺极限镦粗比数值模拟中图分类号:.文献标识码:参考文献引用格式:曾晶晶卜继玲王京雁等.抗侧滚扭杆极限镦粗比仿真分析及应用.轨道交通材料():.收稿日期
2、:作者简介:曾晶晶()女硕士工程师从事结构强度、疲劳及工艺仿真分析工作 引言为提升旅客乘坐的舒适性在轨道车辆二系悬挂系统中安装了空气弹簧承担了车体与转向架之间的载荷传递、相对位移、减振、高度调节等功能但同时也导致了车辆侧滚刚度减小车辆的柔性系数和侧滚角明显增大存在安全隐患 为解决该问题在转向架悬挂系统中加装抗侧滚扭杆装置来增加车辆的侧滚刚度 如图 所示图 抗侧滚扭杆装置为满足抗侧滚扭杆轴的刚度设计和安装空间要求扭杆轴一般具备中间细两端粗的结构特征采用镦粗工艺加工成型对抗侧滚扭杆轴端部进行制造该方法属于一种热塑性成型方法用小坯料镦粗成型节省原材料并符合国家环保要求另外镦粗成型可以保证材料的纤维组
3、织完整性有利于提高其强度性能扭杆轴镦粗工艺在变形起始阶段(坯料未接触到模具之前)属于压杆稳定性问题 杆件在镦粗变形过程中首先发生弯曲失稳但只要模具型腔内壁及时接触到杆件弯曲部位并引导变形杆件弯曲变形得到控制材料在镦头挤压下产生径向流动直至充满整个模具型腔此时将不会产生镦粗失稳反之若工艺设计时直径镦粗比过大杆件受压发生弯曲后不能及时得到模具型腔的接触支撑弯曲变形将会急剧增大导致变形严重偏向模具一侧就会产生镦粗失稳如图 所示图 镦粗失稳现象扭杆轴镦粗失稳属于中等柔度问题该类问题目前尚未形成成熟的理论研究体系因此多采用以试验结果为依据的经验分析方法 相关参数需要通过大量试验获取目前所能查询到的相关研
4、究仅针对常温或者冷镦失稳问题 而扭杆轴镦粗时温度高达 此外镦粗失稳判断还需要考虑模具型腔内壁对杆件的支撑作用存在严重的非线性很难通过解析方法求解判断得到准确的镦粗比应用研究 轨道交通材料 第 卷 第 期 年 月极限值因此本文开展对扭杆轴镦粗工艺极限镦粗比仿真计算研究工作 使用 软件建立三维热力耦合工艺链仿真模型研究扭杆闭式镦粗工艺与开式镦粗工艺极限镦粗比规律 采用合理的镦粗比工艺设计除了保证加工质量(避免镦粗失稳)为后续机加工工序节省大量时间此外还可以指导模具优化设计减少坯料及模具规格降低其物料管理成本及采购成本 镦粗工艺有限元模型.几何模型图 和图 分别为闭式镦粗工艺与开式镦粗工艺极限镦粗比
5、工艺仿真几何模型闭式镦粗与开式镦粗的不同在于前者变形全部发生于凹模型腔内而后者变形发生于凹模型腔及镦头型腔内图 闭式镦粗几何模型图 开式镦粗几何模型.网格参数网格划分如图 和图 所示单元类型为六面体 为缩减计算规模同时兼顾计算精度对变形区域进行网格加密处理 扭杆镦粗工艺存在剧烈变形尤其是开式镦粗在合模处产生飞边极易产生网格畸变而导致计算终止因此设置网格重划分准则:当单元应变超过.时对其进行网格重划分保证较高的网格质量图 闭式镦粗网格模型图 图 开式镦粗网格模型图 极限镦粗比曲线规律镦粗失稳与扭杆轴长径比以及模具型腔直径有关因此研究极限镦粗比必须结合长径比(扭杆轴长度/扭杆轴直径)以及直径比(模
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