薄壁零件装夹变形的有限元分析.pdf

Academic
学术
薄壁零件裝夹变形的有限元分析
湖南科技工业职业技术学院-谭晓芳
关键词≥靖壁季件精车夹具装夹变形有限元分析
摘要:
本文应用分析软件 ABAQUS的接触功能,从薄壁零件装夹简化模型面一面接触模型入手,建立了三维接触模型,进行了有限元分析,并
以薄壁零件的变形量为评价指标,得出有限元分析结果,以全面了解和掌握精密薄壁零件裝夹变形情况,为实际加工过程提供参考依据。
日前对装夹技术的研究主要集中在装夹方1.轴2固定锥本3.销4.双锥涨簧5.活动维体定锥体和活动锥体简化成如图5所示的离散刚
案的理论分析和装夹过程的误差分析,而工程16.导向键7单锥涞簧8.活动锥体I19.螺忖体
技术人员在进行具体工装设计时,主要依靠设
3.装夹变形接触问题分析中有限元方法的
计人员的经验进行定位和夹紧方案的设计[
应用
由于经验设计所取安全系数比较大,造成夹具
在机械结构设计中,零件间的接触和配合
材料消耗多,夹紧变形大,设计周期长。随着是很常见的。对于精密薄壁零件的装夹过程而
轻量化设计技术的推广,有限元分析工具在产言,螺母旋紧带动活动锥体挤压双锥涨簧、涨
图4简化后的薄壁零件
品工装设计中的应用将越来越广。薄壁寥件是簧变形而夹紧工件的过程即是典型的接触问题。
一类生产中常见的典型零件,其结构特点是刚目前,在解决接触问题方面已)广泛采用有限元
性差,対夹紧力要求非常严格,既要保证夹紧方法来确定接触表面上的应力、变形以及接触
可靠,同时又要保证夹紧变形小。为实现薄壁区域的大小。分析过程是:首先假设接触状态
零件加工夹具的快速设计和轻量化设计,本文和可能的接触区域,然后按这些状态所对应的
5有限元模型
以某薄壁舱体精车夹具为例,应用有限元方法,边界条件,依照两接触体间的接触面积和压力
分析了双锥涨簧夹具机构的夹紧力、夹紧变形,分布随外载荷变化而变化的特点米建立方程并
为薄壁类回转零件的夹具设计提供了参考依据。求解;其结果应满足假定接触状态对应的判定
1.零件结构分析
条件,否则需要修改接触状态,继续求解,直
图6分析模型网格划分结
某大直径薄壁舱体零件,如图1所示。到满足相应的判定条件为止。所以接触问题的
3.2.材料和截配属性
其基本尺寸为中XL(p216X320),材料为高求解是一个迭代求解过程,需要较大的计算资
通过特性( Property)模块来创建材料
强度铝合金,长、短圆柱段本体最小壁厚仅1源,为进行有效的计算,理解问题的特性和建和定义材料的参数。本文假设材料均为线弹
8mn,属典型的大直径薄壁长筒形件。图纸立合理的模型是很重要的。
性,如薄壁零件的材料为铝,其杨氏模量为
要求保证壁厚均匀,两端内孔同轴度公差为
最近几年,商业有限元软件在求解接触问70000Pa,泊松比为0.33;涨簧的材料为钢
题上取得了很大的发展,使用有限元分析方法其杨氏模量为21000Pa,泊松比为0.27
月前已经成功的解决了点对线、线对线和面对
3.3.网格划分
面等的接触问题,应用有限元分析软件的模拟
网格剖分是建立有限元模型的一个重要环
仿真功能,可以缩短产品的开发和研制时间,节,网格数量的多少和大小将影晌计算结果的
降低成本,为新产品的开发过程提供有利的技精度和计算规模。由于本文分析的是接触问题,
术支持。 ABAQUS是国际上先进的大型通用有限接触画上不能用3D20R和C3D20单元,否则会
1精在加工尺寸图图2双俳涨单锥洮簧元计算分析软件之一,特别是它的非线性力学出现不收敛的情况,所以使用C3D8R单元进行
2.加工夹具设计
(几何、材料、接触)分析是国际上公认的最网格划分,结果如图6所示。
2]根据零件形状特征及精车要求,内孔优秀的非线性有限元分析软件,其分析接触问
3.4.定义分析步及输出要求
d1采用双锥潨簽结构定位夹紧,右端内孔d2采题的功能尤其强大,应用此软件,使得该类接
定义分析步:尽管装夹过程是一个动态
用单锥洣簧结构定位夹紧,如图2所示。两套触问题的简便求解成为可能。下面以薄壁零件过程,但此问题所关心的是溥壁零件在涨簧作
渋簧全线支承薄壁加工零件内孔,使零件加工装夹变形分析来说明该软件的应用过程
用下的结构静态响应,所以设置分析步类型为
处于正确的理想尺寸状态。根据大直径薄壁件
3.1.模型建立及简化
Static, General(使用 ABAQUS/ Standard作为
刚性弱的特点,为保证零件1.8m的壁厚均匀,
3.1.1.零件模型的建立及简化:根据精车求解器
达到加工零件的同轴度0.06mm设计要求,加工尺寸图,结合装夹的形式,判断零件变形
3.5.边界条件的设定和载荷的施加
涨簣设计采用全圆柱面接触,以增加零件整体的主要区域位于圆柱段,其斜台阶孔凹槽和4
根据模型的装夹特点,薄壁零件和簽是
加工刚性。如图3所示为螺母旋紧带动活动锥个轴向长凸台即属于非变形区域,将其模型简三维柔体,唯一可能出现的刚体位移是轴向位
体挤压双锥涨簧、涨簧变形而夹紧工件的过程。化为图4所示。
移U1,所以在薄壁零件的底边上施加边界条件
3.1.2.双锥涨簧的简化根据图2和图3单、UI=0;涨簧的轴向体位移通过固定锥体和活
双锥涨簧及其装夹情况,由于涨簧两端和内壁动锥体的边界条件来消除。
面有小倒角和倒圆存在,导致在有限元分析中
3.6.定义接触相互作用
侧壁及底面划分网格不规则,由于该部位对变
3.6.1.活动锥体与涨簧的接触:选择活动
图3大型涨定位夹紧装置结树
形的结果影响不大,因此可以简化,同时将固椎体的接触面为主面,涨簣的接触面为从面。
h阳太加