基于CAE技术的铝型材挤压模具疲劳寿命仿真分析

论文摘要

随着中国经济建设的高速发展,建筑铝型材和工业铝型材得到广泛的应用。挤压模具对铝型材挤压生产非常重要,消耗量很大,模具的成本占挤压生产成本的30%-40%。研究和生产实践证明,疲劳破坏是挤压模具失效的主要原因之一,因此开展疲劳研究有着重要意义。在产品设计阶段采用有限元计算机模拟仿真技术可对模具失效和寿命问题进行广泛而深入的研究。本文阐述了疲劳分析及挤压模具设计的研究现状,运用铝型材挤压模具的设计理论及经验,结合铝型材挤压设备性能参数,设计出平面分流模具基本结构尺寸,并以UG为工具初步生成挤压模具的三维模型。进而在有限元法以及疲劳分析的理论基础上建立挤压模具的有限元模型,运用有限元分析MSC.Patran/Nastran软件进行了静强度分析,得到型材模具的应力分布状况。根据挤压模具的工作特点确定运用全寿命疲劳理论的方法对其进行疲劳分析,在分析过程中根据挤压过程中挤压载荷的变化运用MSC.Fatigue软件生成了挤压载荷曲线,根据模具材料4Cr5MoSiV1的相关力学性能参数生成了分析所需的S-N曲线,为模具的疲劳寿命分析做好了准备。最后以模具的静应力分析结果为基础,运用有限元分析软件MSC.Fatigue对挤压模具疲劳寿命进行了预估。模具寿命分析结果显示出:在挤压生产过程中,全挤压力的各个分量对模具各结构部位产生的疲劳破坏作用是不相同的,本模具的薄弱部位在工作带处。这一疲劳分析结果对进一步进行模具优化设计具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 铝型材挤压模具研究简介
• 1.2 国内外疲劳破坏问题研究历史和现状
• 1.3 常用工程疲劳设计方法
• 1.4 研究课题的确定
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 铝型材挤压模具数字化设计
• 2.1 铝型材分流挤压模具工作原理
• 2.2 铝型材分流挤压模具结构设计
• 2.3 平面分流挤压模具数字化设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 挤压分流模具的有限元分析
• 3.1 有限元分析简介
• 3.2 挤压模具应力分析模型的建立
• 3.2.1 模具分析模型的处理
• 3.2.2 挤压力分析
• 3.2.3 边界条件
• 3.2.4 材料属性
• 3.3 分流桥应力分析
• 3.4 分流孔应力分析
• 3.5 焊合室应力分析
• 3.6 工作带应力分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 挤压分流模具的疲劳分析
• 4.1 疲劳分析基础理论
• 4.1.1 疲劳基本概念
• 4.1.2 疲劳寿命估算方法
• 4.1.3 MSC. Fatigue 软件介绍
• 4.2 挤压模具疲劳分析方法确定
• 4.2.1 铝型材挤压模具疲劳失效特点
• 4.2.2 铝型材挤压模具疲劳分析方法确定
• 4.3 挤压模具的全寿命疲劳分析
• 4.3.1 生成模具材料的S-N 曲线
• 4.3.2 挤压过程分析
• 4.3.3 生成挤压载荷曲线
• 4.3.4 模具疲劳寿命分析
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢