汽車車輪輪輞模具設(shè)計及計算機(jī)模擬

摘要模具行業(yè)的技術(shù)水平標(biāo)志著一個國家制造業(yè)的整體實力，所以模具行業(yè)一直是各國政府重視的行業(yè)之一。隨著計算機(jī)的發(fā)展，模具的設(shè)計和加工技術(shù)有了很大的進(jìn)步。各種三維軟件為模具的設(shè)計提供了，更為便利和廣闊的平臺。滾壓模具作為其中之一，其加工回轉(zhuǎn)體空心件的方法和工藝非常特別。滾壓模具的凸模和凹模是通過電動機(jī)帶動的滾輪，電動機(jī)帶動這種凸模和凹模旋轉(zhuǎn)，輪輞的形狀就是通過滾型上下模對金屬坯料施加壓力迫使金屬在上下模間產(chǎn)生塑性變形而成形的。本論文的工作是首先介紹了我國模具的發(fā)展現(xiàn)狀以及與滾壓模具的設(shè)計與發(fā)展有關(guān)的的情況。然后在熟練掌握沖壓成型模具的設(shè)計原理的基礎(chǔ)上，重點以汽車車輪輪輞為設(shè)計對象，對輪輞進(jìn)行工藝分析，并基于PRO/E進(jìn)行三維造型，模具的設(shè)計，以及三維模架的設(shè)計。此外，還利用有限元分析軟件ANSYS對其中的工藝過程進(jìn)行了靜力分析。關(guān)鍵詞:輪輞；模具設(shè)計；ANSYS模擬分析ABSTRACTMoldmarkstheskillleveloftheindustryofacountry'soverallstrengthofthemanufacturingsector,sotheindustryhasalwaysbeenadieStatesthatagovernmentattachesgreatimportancetooneoftheindustry.Withthecomputer'sdevelopment,molddesignandprocessingtechnologyhavemadegreatprogress.Avarietyofthree-dimensionalsoftwareformolddesign,givemoreconvenientandbroadplatform.Rollonedieasoneofthehollowrotaryprocessingmethodsandtechnologyofaveryspecialone.Rollingpunchdieanddiebythewheeldrivemotor,motordrivethatpunchanddierotation,theshapeoftherimthroughtheupperandlowerroller-typemodeofmetalbilletstoexertpressureonthemetalmoldintheupperandlowerplasticdeformationleadstoandshape.Inthispaper,theworkisfirstintroducedthedevelopmentofChina'smoldanddiedesignandflow-developmentsituation.Andthenstampingmastermolddesignprinciplebasedonthefocusofacarwheelrimforthedesignofobjects,ontherimforprocessanalysis,andbasedonPRO/Ethree-dimensionalmodeling,molddesign,aswellasthedesignofthree-dimensionalmold.Inaddition,theuseoffiniteelementanalysissoftwareANSYSprocessforwhichastaticanalysis.Keywords:Rim;Molddesign;ANSYSsimulationanalysis目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 ⅠABSTRACT Ⅱ1緒論 11.1模具的發(fā)展現(xiàn)狀 11.2模具的分類 11.3設(shè)計內(nèi)容及任務(wù) 42三維造型方法及軟件介紹 52.1曲面造型法概述 52.2曲面造型軟件Pro/Engineer概述 93輪輞工藝分析及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 133.1三維建模過程 133.2總體分析總體設(shè)計思路 163.3模具具體結(jié)構(gòu)設(shè)計 204成型設(shè)備的選擇 264.1設(shè)計沖壓力與壓力中心初選壓力機(jī) 264.2壓力機(jī)的最終確定 275基于ANSYS的有限元靜力分析 29有限元法和有限元模擬軟件ANSYS簡介 295.2基于ANSYS的計算機(jī)輔助分析 386設(shè)計總結(jié) 48致謝 49參考文獻(xiàn) 50附錄 .511緒論模具的發(fā)展現(xiàn)狀模具是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)用的重要工藝裝備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中60%到90%的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具，模具工業(yè)已成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，許多新產(chǎn)品的開發(fā)和研制在很大程度上都依賴于模具生產(chǎn)。作為制造業(yè)基礎(chǔ)的機(jī)械行業(yè)，其粗加工的75%和精加工的50%都將依靠模具完成，因此，模具工業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè)。中國加入WTO以來，積極發(fā)展汽車工業(yè)，并保持連續(xù)增長勢頭，從而帶動了模具工業(yè)市場的進(jìn)一步繁榮。隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位將日益提高，并在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中發(fā)揮越來越重要的作用。研究和發(fā)展模具技術(shù)，對于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有特別重要的意義。模具的分類根據(jù)模具成型材料、工藝和設(shè)備的不同可以分為沖裁模、塑料模、壓鑄模、鍛模、粉末冶金模、橡膠模、玻璃模、陶瓷模。根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)形式可以分為以下5種：（1）敞開模：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小、重量輕、制造易、成本低，但壽命低、精度差，適于精度要求不高、開頭簡單、小批量或試制的沖裁件。（2）導(dǎo)板式：精度比敞開模高，適于開頭簡單，工件尺寸不大的沖裁件。要求壓力機(jī)行程不大于導(dǎo)板厚度。（3）導(dǎo)柱式：導(dǎo)柱導(dǎo)向保證沖裁間隙均勻，沖裁件的工件尺寸精度高，模具使用壽命長，安裝方便，適于大批量生產(chǎn)。（4）連續(xù)模：條料要求精確定位，使內(nèi)孔與外形相互位置精度得到保證。生產(chǎn)率高，具有一定的沖裁精度，適于大批量生產(chǎn)。（5）復(fù)合模：沖裁件的內(nèi)外形相互位置精度高，適合于大批量生產(chǎn)。其中常見沖壓模具有沖裁模、彎曲模、拉深模。此外，成形及新技術(shù)還有脹形、翻邊、縮口、校形、旋壓。輪輞的滾壓成形工藝就屬于旋壓工藝。1.2.1輪輞的制造工藝有兩種方式：第一種是用異型鋼材卷圓制成輪輞，再與輪輻焊接成車輪；第二種是用板材卷圓后焊接呈圓筒狀結(jié)構(gòu)再經(jīng)數(shù)次滾壓形成所需輪輞斷面形狀，再與輪輻焊接成車輪，用滾形工藝制的輪輞可達(dá)到等強(qiáng)度要求，因此重量輕、形狀精度高。本畢業(yè)課題擬采用第二種制造工藝進(jìn)行設(shè)計制造。這種輪輞滾壓加工屬于旋壓成形，輪輞的形狀是通過滾型上下模對金屬坯料施加壓力迫使金屬在上下模間產(chǎn)生塑性變形而成形的。旋壓加工是制造薄壁筒形件的一種高效加工方法。其按旋輪進(jìn)給方向與毛坯材料流動方向的異同分為正旋和反旋,包括起旋、穩(wěn)定旋壓和終旋3個階段。成形中的工件可劃分為3個區(qū)域,即未成形區(qū)、成形區(qū)和已成形區(qū),材料所受到的應(yīng)力、應(yīng)變在不同階段也具有不同的特點。由于受到的影響因素眾多,在旋壓成形過程中通常存在著一定的生產(chǎn)缺陷。輪輞作為車輪的關(guān)鍵零件，其制造質(zhì)量的好壞直接影響到車輪乃至整車的各項性能。車輪是車輛承載的重要部件，其質(zhì)量直接關(guān)系到人的生命安全。

汽車車輪承受著車輛的垂直負(fù)荷、橫向力、驅(qū)動（制動）扭矩和行駛過程中所產(chǎn)生的各種應(yīng)力，它是高速回轉(zhuǎn)運動的零件，要求尺寸精度高、不平衡度小，支撐輪胎的輪輞外形準(zhǔn)確、質(zhì)量輕，并有較強(qiáng)的剛度、彈性和耐疲勞性。因此要求車輪具有足夠的負(fù)載能力及速度能力、良好的緩沖性和氣密性、良好的均勻性和質(zhì)量平衡性、精美的外觀和裝飾性、尺寸精度高、質(zhì)量小、價格低、拆裝方便、互換性好等。輪輞作為車輪制造加工中的重要部件，其模具設(shè)計與制造的優(yōu)劣有著極其關(guān)鍵的影響因素。1.滾壓加工的發(fā)展趨勢隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進(jìn)了旋壓加工工藝和技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下：工藝分析計算方法的現(xiàn)代化；模具設(shè)計及制造技術(shù)的現(xiàn)代化；旋壓生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化；滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代加快和生產(chǎn)批量減小的發(fā)展趨勢，使沖壓生產(chǎn)既可適合大量生產(chǎn)，又可適用與小批量生產(chǎn)；不斷改進(jìn)材料性能，以提高其成形能力和使用效果。

設(shè)計內(nèi)容及任務(wù)本課題以汽車車輪輪輞為對象，用ANSYS作靜力分析，并在PRO/E系統(tǒng)中進(jìn)行三維模型的建模和模具的設(shè)計。過程如下：對輪輞的工藝過程進(jìn)行分析，并設(shè)計其加工模具；模具工藝計算，包括凸模（上滾模）和凹模（下滾模）之間的間隙、凸模（上滾模）和凹模（下滾模）結(jié)構(gòu)設(shè)計、沖裁力計算、模具的壓力中心及封閉高度計算；根據(jù)計算結(jié)果選擇合理的沖壓設(shè)備；優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括沖裁模各種零部件的選擇和設(shè)計；利用三維軟件做出所設(shè)計的模具的實體模型；將其模具設(shè)計完成之后，根據(jù)要求利用有限元軟件對其成型過程進(jìn)行分析及后處理，并對模具的合理性進(jìn)行最終的論證。輪輞最終成形圖：輪輞2三維造型方法及軟件介紹2.1曲面造型方法概述曲面造型(SurfaceModeling)是計算機(jī)輔助幾何設(shè)計(ComputerAidedGeometricDesign,CAGD)和計算機(jī)圖形學(xué)(ComputerGraphics)的一項重要內(nèi)容，主要研究在計算機(jī)圖像系統(tǒng)的環(huán)境下對曲面的表示、設(shè)計、顯示和分析。它起源于汽車、飛機(jī)、船舶、葉輪等的外形放樣工藝，由Coons、Bezier等大師于二十世紀(jì)六十年代奠定了其理論基礎(chǔ)。如今經(jīng)過三十多年的發(fā)展，曲面造型現(xiàn)在已形成了以有理B樣條曲面(RationalB-splineSurface)參數(shù)化特征設(shè)計和隱式代數(shù)曲面(ImplicitAlgebraicSurface)表示這兩類方法為主體，以插值(Interpolation)、擬合(Fitting)、逼近(Approximation)這三種手段為骨架的幾何理論體系。對曲面造型的簡要回顧形狀信息的核心問題是計算機(jī)表示，即要解決既適合計算機(jī)處理，且有效地滿足形狀表示與幾何設(shè)計要求，又便于形狀信息傳遞和產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的形狀描述的數(shù)學(xué)方法。1963年美國波音飛機(jī)公司的Ferguson首先提出將曲線曲面表示為參數(shù)的矢量函數(shù)方法，并引入?yún)?shù)三次曲線。從此曲線曲面的參數(shù)化形式成為形狀數(shù)學(xué)描述的標(biāo)準(zhǔn)形式。1964年美國麻省理工學(xué)院的Coons發(fā)表一種具有一般性的曲面描述方法，給定圍成封閉曲線的四條邊界就可定義一塊曲面。但這種方法存在形狀控制與連接問題。1971年法國雷諾汽車公司的Bezier提出一種由控制多邊形設(shè)計曲線的新方法。這種方法不僅簡單易用，而且漂亮地解決了整體形狀控制問題，把曲線曲面的設(shè)計向前推進(jìn)了一大步，為曲面造型的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。但Bezier方法仍存在連接問題和局部修改問題。到1972年，de-Boor總結(jié)、給出了關(guān)于B樣條的一套標(biāo)準(zhǔn)算法，1974年Gordon和Riesenfeld又把B樣條理論應(yīng)用于形狀描述，最終提出了B樣條方法。這種方法繼承了Bezier方法的一切優(yōu)點，克服了Bezier方法存在的缺點，較成功地解決了局部控制問題，又輕而易舉地在參數(shù)連續(xù)性基礎(chǔ)上解決了連接問題，從而使自由型曲線曲面形狀的描述問題得到較好解決。但隨著生產(chǎn)的發(fā)展，B樣條方法顯示出明顯不足即不能精確表示圓錐截線及初等解析曲面，這就造成了產(chǎn)品幾何定義的不唯一，使曲線曲面沒有統(tǒng)一的數(shù)學(xué)描述形式，容易造成生產(chǎn)管理混亂。為了滿足工業(yè)界進(jìn)一步的要求，1975年美國Syracuse大學(xué)的Versprille首次提出有理B樣條方法。后來由于Piegl和Tiller等人的功績，終于使非均勻有理B樣條(NURBS)方法成為現(xiàn)代曲面造型中最為廣泛流行的技術(shù)。NURBS方法的提出和廣泛流行是生產(chǎn)發(fā)展的必然結(jié)果。2曲面造型的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢隨著計算機(jī)圖形顯示對于真實性、實時性和交互性要求的日益增強(qiáng)，隨著幾何設(shè)計對象向著多樣性、特殊性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜性靠攏這一趨勢的日益明顯，隨著圖形工業(yè)和制造工業(yè)邁向一體化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化步伐的日益加快，隨著激光測距掃描等三維數(shù)據(jù)采樣技術(shù)和硬件設(shè)備的日益完善，曲面造型近幾年得到了長足的發(fā)展，這主要表現(xiàn)在研究領(lǐng)域的急劇擴(kuò)展和表示方法的開拓創(chuàng)新。(1)從研究領(lǐng)域來看，曲面造型技術(shù)已從傳統(tǒng)的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，擴(kuò)充到曲面變形、曲面重建、曲面簡化、曲面轉(zhuǎn)換和曲面等距性。曲面變形(DeformationorShapeBlending)傳統(tǒng)的NURBS曲面模型僅允許調(diào)整控制頂點或權(quán)因子來局部改變曲面形狀，至多利用層次細(xì)化模型在曲面特定點進(jìn)行直接操作；一些簡單的基于參數(shù)曲線的曲面設(shè)計方法，如掃描法(Sweeping)、蒙皮法(Skinning)、旋轉(zhuǎn)法和拉伸法也僅允許調(diào)整生成曲線來改變曲面形狀。計算機(jī)動畫業(yè)和實體造型業(yè)迫切需要發(fā)展與曲面表示方式無關(guān)的變形方法或形狀調(diào)配方法，于是產(chǎn)生了自由變形(FFD)法、基于彈性變形或熱彈性力學(xué)等物理模型的變形法、基于求解約束的變形法、基于幾何約束的變形法等曲面變形技術(shù)，以及基于多面體對應(yīng)關(guān)系或基于圖像形態(tài)學(xué)中Minkowski和操作的曲面形狀調(diào)配技術(shù)。(2)從表示方法來看，以網(wǎng)格細(xì)分(Subdivision)為特征的離散造型與傳統(tǒng)的連續(xù)造型相比，大有后來居上的創(chuàng)新之勢。這種曲面造型方法在生動逼真的特征動畫和雕塑曲面的設(shè)計加工中如魚得水，得到了高度的運用。在1998年SIGGRAPH會議的報告中，有十篇有關(guān)曲面造型的論文，除了有一篇是介紹幾何體的變形方法以外，其余九篇均是關(guān)于曲面離散造型的算法或者在離散型曲面上精確求值及進(jìn)行參數(shù)化的工作。當(dāng)今幾種CAD/CAM系統(tǒng)的曲面功能評述美、法等國的CAD技術(shù)一直走在世界的前沿，它們擁有許多世界聞名的CAD/CAM系統(tǒng)，這些系統(tǒng)具備十分強(qiáng)大的功能。美國SDRC公司的I-DEASMasterSeries軟件采用VGX(超變量化)技術(shù)，用戶可以直觀、實時地進(jìn)行三維產(chǎn)品的設(shè)計和修改。I-DEAS提供了獨特的變量成形工具，它基于最小能量法，使用先進(jìn)的高層次操作，例如對直觀的幾何形狀進(jìn)行推擠。彎扭，相斥、吸引等，使底層的曲面曲線成型。也可以對真實的幾何體直接進(jìn)行交互修改，從而得到光順的形狀，而不象傳統(tǒng)的那樣對控制點、權(quán)及節(jié)點進(jìn)行交互操作。該軟件較完整地解決了主要的曲面造型問題。美國UnigraphicsSolutions公司的UG源于航空業(yè)、汽車業(yè)，以Parasolid幾何造型核心為基礎(chǔ)，采用基于約束的特征建模和傳統(tǒng)的幾何建模為一體的復(fù)合建模技術(shù)。其曲面功能包含于FreeformModeling模塊之中，采用了NURBS、B樣條、Bezier數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，同時保留解析幾何實體造型方法，造型能力較強(qiáng)。總體上，UG的實體化曲面處理能力是其主要特征和優(yōu)勢。美國PTC公司的Pro/Engineer以其參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等新概念聞名于CAD界，其曲面造型集中在Pro/SURFACE模塊。其曲面的生成、編輯能力覆蓋了曲面造型中的主要問題，主要用于構(gòu)造表面模型，實體模型，并且可以在實體上生成任意凹下或凸起物等。尤其是可以將特殊的曲面造型實例作為一種特征加入特征庫中。Pro/Engineer自帶的特征庫就含有如下特征：復(fù)雜拱形表面、三維掃描外形、復(fù)雜的非平行或旋轉(zhuǎn)混合、混合／掃描、管道等等。該軟件的曲面處理僅適合于通用的機(jī)械設(shè)計中較常見的曲面造型問題。美國IBM公司的CATIA/CADAM(DassaultSystems公司開發(fā))是一個廣泛的CAD/CAM/CAE/PDM應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)有關(guān)曲面的模塊包括：曲面設(shè)計(Surfacedesign)、高級曲面設(shè)計(Advancedsurfacedesign)、自由外形設(shè)計(Freeformdesign)、整體外形成形(Globalshapedeformation)、創(chuàng)成式外形修形(Generativeshapemodeling)、白車身設(shè)計(Body-in-whitetemplates)等。CATIA外形設(shè)計和風(fēng)格設(shè)計解決方案對設(shè)計零件提供了廣泛的集成化工具。該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的曲面造型功能。法國Matra-DataVision公司的Euclid集成系統(tǒng)是一個集機(jī)械設(shè)計與工廠設(shè)計于一身的企業(yè)級并行工程解決方案，其曲面功能在“ASD高級曲面設(shè)計”之中。曲面由NURBS和Bezier數(shù)學(xué)形式表達(dá)，通過強(qiáng)大的蒙皮、扭曲、放樣、裁剪、聯(lián)合等運算，系統(tǒng)能夠形成復(fù)雜的外形。其實體造型功能可直接用于曲面，表現(xiàn)出突出的拓?fù)溥\算能力，例如：多曲面間的交、并、差運算；在多曲面間的空隙處填充成保持一致切矢、曲率的新曲面；構(gòu)造相切于已知曲面的曲面等。Euclid動態(tài)自由造型功能，實現(xiàn)了以曲面曲率進(jìn)行動態(tài)曲面跟蹤、編輯、控制的設(shè)計修改過程，很好地體現(xiàn)了交互技術(shù)的應(yīng)用。2.2曲面造型軟件Pro/Engineer概述無論企業(yè)屬于全球制造企業(yè)還是小型加工廠，產(chǎn)品成功與否在很大程度上決定著企業(yè)的發(fā)展與成功。而CAD/CAM/CAE解決方案越來越成為開發(fā)出色產(chǎn)品的必備資產(chǎn)。Pro/ENGINEER提供了一個易于使用的完整3D解決方案，它詳細(xì)描述了產(chǎn)品的形狀、配合和功能，使企業(yè)能夠超越有關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量和盈利的目標(biāo)。1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER2000i2。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機(jī)械設(shè)計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。2基礎(chǔ)性能工業(yè)設(shè)計模塊主要用于對產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)計，以前，在零件未制造出時，是無法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進(jìn)行想象。現(xiàn)在，用3DS可以生成實體模型，但用3DS生成的模型在工程實際中是“中看不中用”。用PRO/E生成的實體建模，不僅中看，而且相當(dāng)管用。事實上，PRO/E后階段的各個工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴于實體建模所生成的數(shù)據(jù)。包括：PRO/3DPAINT(3D建模)、PRO/ANIMATE(動畫模擬)、PRO/DESIGNER(概念設(shè)計)、PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡(luò)動畫合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH（圖片轉(zhuǎn)三維模型）、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個子模塊。(1)Pro/DESIGNIER是工業(yè)設(shè)計模塊的一個概念設(shè)計工具，能夠使產(chǎn)品開發(fā)人員快速、容易的創(chuàng)建、評價和修改產(chǎn)品的多種設(shè)計概念?？梢陨筛呔鹊那鎺缀文Ｐ?，并能夠直接傳送到機(jī)械設(shè)計和/或原型制造中。(2)Pro/NETWORKANIMTOR通過把動畫中的幀頁分散給網(wǎng)絡(luò)中的多個處理器來進(jìn)行渲染，大大的加快了動畫的產(chǎn)生過程。(3)Pro/PERSPECTA-SKETCH能夠使產(chǎn)品的設(shè)計人員從圖紙、照片、透視圖或者任何其它二維圖像中快速的生成一個三維模型。(4)Pro/PHOTORENDER能夠很容易的創(chuàng)建產(chǎn)品模型的逼真圖像，這些圖像可以用來評估設(shè)計質(zhì)量，生成圖片。(5)Pro/ASSEMBLY構(gòu)造和管理大型復(fù)雜的模型，這些模型包含的零件數(shù)目不受限制。裝配體可以按不同的詳細(xì)程度來表示，從而使工程人員可以對某些特定部件或者子裝配體進(jìn)行研究，同時在整個產(chǎn)品中使設(shè)計意圖保持不變。附加的功能可使用戶很容易的創(chuàng)建一組設(shè)計，有效的支持工程數(shù)據(jù)重用（EDU）。(6)Pro/DETAIL由于具有廣泛的標(biāo)注尺寸、公差和產(chǎn)生視圖的能力，因而擴(kuò)大了Pro/ENGINEER生成設(shè)計圖紙的能力，這些圖紙遵守ANAI、ISO、DIN和JIS標(biāo)準(zhǔn)。(7)Pro/FEATURE允許產(chǎn)品設(shè)計人員創(chuàng)建高級特征（例如高級的掃描和輪廓混合）利用簡便的設(shè)計工具，在很短的時間內(nèi)就可以實現(xiàn)。(8)Pro/NOTEBOOK以“自頂向下”的方式對產(chǎn)品的開發(fā)過程進(jìn)行管理，同時對復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計過程中涉及的多項任務(wù)自動分配，來增強(qiáng)工程的生產(chǎn)效率。(9)Pro/SCAN-TOOLS滿足工業(yè)上使用物理模型作為新設(shè)計起點的需求。把模型數(shù)字化，它的形狀和曲面就可以以點數(shù)據(jù)的形式輸入到Pro/SCAN-TOOLS中，因此能產(chǎn)生高質(zhì)量的與物理原型非常匹配的模型。(10)Pro/SURFACE能夠使設(shè)計人員和工程人員直接對Pro/ENGINEER的任一實體零件中的幾何外形和自由形式的曲面進(jìn)行有效的開發(fā)，或者開發(fā)整個的曲面模型。Pro/WELDINGTM參數(shù)化的定義焊接裝配體中的對接要求，使用戶很容易的確認(rèn)焊接點，避免裝配零件與焊接點之間發(fā)生干涉，在文件編制和制造中消除錯誤成本。(11)Pro/ENGINEERAdvancedRending您的目的是讓您的設(shè)計別具一格。因此，凌駕在產(chǎn)品的外形和功能之上的就是您所創(chuàng)造出的視覺效果。通過使用Pro/ENGINEER高級渲染，您可以快速創(chuàng)建令人吃驚的逼真產(chǎn)品圖像，使更加豐富多彩的營銷材料、客戶印象更深刻的會面及更令人信服的設(shè)計評審使為可能。(12)Pro/ENGINEERInteractiveSurfaceDesign通過Pro/ENGINEER交互式曲面設(shè)計的自由形狀曲面設(shè)計功能，設(shè)計者和工程師可以快速輕松地創(chuàng)建極為準(zhǔn)確并且具有獨特美感的產(chǎn)品設(shè)計。結(jié)果：根據(jù)您的需求而不是軟件的限制來進(jìn)行設(shè)計。(13)Pro/ENGINEERReverseEngineering

Pro/ENGINEER逆向工程允許將現(xiàn)有實物產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為數(shù)字化模型。它具有一整套自動化功能，并具有實施劇烈的設(shè)計變更的能力，從而有助于改進(jìn)產(chǎn)品定制，并提高設(shè)計重用率。Pro/ENGINEER逆向工程以其快速且功能強(qiáng)大的特性使用戶能有效地利用現(xiàn)有的知識產(chǎn)權(quán)。專業(yè)特殊功能機(jī)械設(shè)計模塊是一個高效的三維機(jī)械設(shè)計工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。在實際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如摩托車輪轱，這些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對曲面產(chǎn)品的需求將會大大增加。用PRO/E生成曲面僅需2步～3步。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃描、網(wǎng)格、點陣等。由于生成曲面的方法較多，因此用PRO/E可以迅速建立任何復(fù)雜曲面。它既能作為高性能系統(tǒng)獨立使用，又能與其它實體建模模塊結(jié)合起來使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標(biāo)準(zhǔn)。包括：PRO/ASSEMBLY（實體裝配）、PRO/CABLING（電路設(shè)計）、PRO/PIPING（彎管鋪設(shè)）、PRO/REPORT（應(yīng)用數(shù)據(jù)圖形顯示）、PRO/SCAN-TOOLS（物理模型數(shù)字化）、PRO/SURFACE（曲面設(shè)計）、PRO/WELDING（焊接設(shè)計）。3輪輞工藝分析及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1三維建模過程從上面可以看到本產(chǎn)品主要是由一個非常復(fù)雜多段曲線相接旋轉(zhuǎn)而成的曲面。要想完成該實體的三維造型主要就是解決該曲面的造型。Pro/E提供了多種曲面的成型方法，考慮到輪輞表面曲線多段連接的特點，采用的是草繪多段連接曲線然后繞中心軸旋轉(zhuǎn)的方式成型曲面。之后通過加厚可以得到三維實體模型。最后，氣門孔的繪制可利用PRO/E中的孔工具來完成。草繪連接曲線圖.1型面曲線2.旋轉(zhuǎn)成形曲面圖旋轉(zhuǎn)曲面

圖加厚4.氣門孔的繪制圖最終圖形

可以說整個三維建模的過程步驟清晰，結(jié)構(gòu)明了，通過圖片的形式來表達(dá)就更加清晰了。3.2總體分析總體設(shè)計思路工藝分析車輪是由輪輞及輪輻組成輪輞的制造工藝有兩種方式一種是用異型鋼材卷圓制成輪輞，再與輪輻焊接成車輪；另一種是用板材卷圓后焊接呈圓筒狀結(jié)構(gòu)再經(jīng)數(shù)次滾壓形成所需輪輞斷面形狀，再與輪輻焊接成車輪，用滾形工藝制的輪輞可達(dá)到等強(qiáng)度要求，因此重量輕，形狀精度高。輪輞輪廓截面極其復(fù)雜，擬訂工藝過程為剪條料、滾邊、卷圓、壓平、對焊、刨渣、滾壓焊縫、切斷頭、水冷、校圓、擴(kuò)口、一次滾型、二次滾型、三次滾型、擴(kuò)張、精整、沖氣門孔。其中擴(kuò)口和滾型是輪輞生產(chǎn)中關(guān)鍵滾型工藝設(shè)計可按分段變形的思路和變形前后的變形段中心線不變原則進(jìn)行。滾壓模具設(shè)計則遵循一滾定中心、二滾成形狀、三滾定尺寸的三道滾型工序圖，采用等間隙理論進(jìn)行設(shè)計。輪輞滾型屬于旋壓成形，輪輞的形狀是通過滾型模上下模對金屬坯料施加壓力，迫使金屬在上下模間產(chǎn)生塑性變形而成形的。輪輞滾型中的應(yīng)力應(yīng)變狀況經(jīng)實際網(wǎng)格法和理論分析可知，輪輞沿圓周方向的應(yīng)力在截面形心以上的部分為正，在截面形心以下的部分為負(fù)；輪輞沿截面中心線切線方向的應(yīng)力在截面形心以上的部分為負(fù)，在截面形心以下的部分為正；輪輞沿厚度方向的應(yīng)力各處均為負(fù)，即正壓力；輪輞槽底部位為壓縮類變形區(qū)，為正，材料增厚，輪輞槽側(cè)及其它位于截面形心以上的部位為伸長類變形區(qū)，為負(fù)，材料減?。桓鲌A角部分，由于伴隨著彎曲變形，減薄更為嚴(yán)重，設(shè)計時，要充分考慮這些因素，盡力控制好減薄量。工序圖設(shè)計工序圖設(shè)計按逆向設(shè)計。即根據(jù)成品圖設(shè)計出三滾工序尺寸，然后倒推向前設(shè)計出二滾工序、一滾工序、擴(kuò)口工序的工序尺寸。（1）三滾工序三滾時用輪輻肩寬定位，工作時輪緣先變形，當(dāng)凸緣部位向下彎曲到一定程度后，槽底部分開始變形。第三道滾型是精確成形，要保持胎圈座尺寸不變，實現(xiàn)槽底尺寸到位，耳幅處尺寸也要到位，徑向尺寸在圓周上比成品小1%，即留下一定的擴(kuò)張量。工序半成品圖除徑向尺寸D比成品小1%外，其余同最終工件圖。（2）二滾工序二滾時輪緣至槽底圓角部分幾乎同時變形，金屬在徑向、軸向都受到較大的應(yīng)力，輪輞圓周方向伸長而寬度減小。第二道滾型主要是成形狀，要保持槽底形狀不變，實現(xiàn)胎圈座尺寸到位，為便于材料流動通暢，輪緣處進(jìn)行第二次過渡變形，使端口耳幅處為一大半圓狀。設(shè)計原則為標(biāo)定寬度和標(biāo)定直徑不變，兩突峰的尺寸及位置不變，PC、AB、DQ段尺寸不變，CA、BD段設(shè)計為過渡形狀，過渡段形狀先用經(jīng)驗取值，再按變形前后的變形段中心線不變原則計算并調(diào)整工序圖見下圖：圖二滾成形工序圖（3）一滾工序一滾時槽底部分最先與上模接觸而產(chǎn)生變形，此時外端尚未閉合，外側(cè)金屬將向槽底部分流動，故由槽底部分的材料在徑向軸向受較大的應(yīng)力而產(chǎn)生周向伸長，但由于輪輞寬度大大減小，槽底雖有減薄，減薄量卻不大。第一道滾型主要是預(yù)成形，滾壓深槽過渡形狀，中心需確定準(zhǔn)確。而且槽底深度需增加，以便于輪輞二、三滾時槽底各處有材料可以補(bǔ)充，從而保證產(chǎn)品最終減薄量要求，兩邊耳幅處完成一次圓弧過渡。設(shè)計原則為標(biāo)定寬度和標(biāo)定直徑不變，兩突峰的尺寸及位置不變，深槽過渡段CA、BD和深槽段AB尺寸與二滾時尺寸相同，側(cè)邊兩段PC、DQ的設(shè)計為過渡形狀，工序半成品圖見圖：圖一滾成形工序圖（4）擴(kuò)口工序擴(kuò)口的作用是將卷圓后的桶形件兩端口在徑向擴(kuò)張成喇叭口狀，以消除不圓度，便于滾型中的端面限位和變形順利。圖擴(kuò)口工序圖擴(kuò)口工序圖見上，設(shè)計時為便于擴(kuò)口件在一滾時材料能順利拉入下輥成為槽底,擴(kuò)口件喇叭口在支于下輥兩端時，斜邊與槽頂圓角間留有一定間隙（1mm），擴(kuò)口件端口徑取產(chǎn)品圖輪緣處最高點外徑的98.5%。×(380+2×滾壓模具滾壓屬于不去材料的加工方法，模具設(shè)計中主要遵循“一滾定中心、二滾成形狀、三滾定尺寸”、“尺寸結(jié)構(gòu)、公差給定逐級到位”、“上下徑比值擬訂”等原則，具體設(shè)計時采用等間隙理論的方法，即上下輥的間隙處處相等且間隙值為板料厚度δ=3mm,輥子的型面與相應(yīng)工序圖中輪輞的截面形狀對應(yīng)。一滾滾壓模的設(shè)計與二三滾略有區(qū)別，下圖為將一滾模具、導(dǎo)向輪、限位輪移在同一剖面上，上滾模凸R應(yīng)與導(dǎo)向輪R相吻合，輪輞兩端口軸向張開的角度與限位輪斜度一致。其上模凸R處最先接觸材料，它是以R定準(zhǔn)左右端的材料分配量，為了擴(kuò)口件在一滾時能在上模準(zhǔn)確定位，需設(shè)計兩個限位輪。二滾時材料流動阻力大、變形大、回彈量大，要注意控制好標(biāo)徑和寬度。三滾目的是修整型面，除徑向尺寸留擴(kuò)張量外，輪輞型面與其它尺寸均到位，控制兩耳幅尺寸是該工序關(guān)鍵。型輥直徑的確定按先確定下輥件尺寸后確定上徑的原則，取下輥最大直徑，制件最大直徑≤制件最小徑（槽底內(nèi)徑）－某一定值，該定值在15~18mm之間較好。二滾滾型模尺寸計算過程為：最大直徑×2－2×3－16.5=310.5mm；標(biāo)定直徑×2+6=273.5mm；由于設(shè)備上下軸轉(zhuǎn)速比威1.25:1，故÷1.25=218.8mm；側(cè)滾輪輪廓尺寸同工序圖槽底尺寸。3.3模具具體結(jié)構(gòu)設(shè)計模具基本結(jié)構(gòu)模具具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計包括凸模、凹模、模柄及模架等的設(shè)計。（1）凸模（上滾模）設(shè)計凸模的設(shè)計分為兩部分：孔的設(shè)計和型面的設(shè)計。孔內(nèi)車有鍵槽，用以與電動機(jī)主軸配合從而帶動上模滾轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)坯料的加工成形。以一滾時為例，型面的設(shè)計則根據(jù)一滾工序圖中工件欲成型的型面相配合。電動機(jī)主軸與上滾模的配合采用基軸制H6/m7，上滾?？椎拇笮「鶕?jù)型面直徑度而選取Φ180,型面設(shè)計和上滾模的設(shè)計圖如下所示：圖上滾模三維圖（2）凹模的設(shè)計凹模的設(shè)計分為兩部分：孔的設(shè)計和型面的設(shè)計?？變?nèi)車有鍵槽，用以與電動機(jī)主軸配合從而帶動上模滾轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)坯料的加工成形。以一滾時為例，型面的設(shè)計則根據(jù)一滾工序圖中工件欲成型的型面相配合。電動機(jī)主軸與上滾模的配合采用基軸制H6/m7，上滾?？椎拇笮「鶕?jù)型面直徑度而選取Φ180,型面設(shè)計和上滾模的設(shè)計圖如下所示：圖下滾模三維圖（3）模柄的設(shè)計模柄的設(shè)計根據(jù)整個模架的大小進(jìn)行設(shè)計，模柄最終成形圖如右圖所示：圖模柄（4）模架的設(shè)計上模座：圖上模座下模座：圖下模座導(dǎo)套：圖導(dǎo)套導(dǎo)柱：圖導(dǎo)柱固定板：圖固定板此外，還有墊板、側(cè)滾輪等零件，在此不再詳細(xì)敘述。模具結(jié)構(gòu)形式的選擇為了保證沖裁質(zhì)量和滾壓精度，坯料的安放應(yīng)該采用兩邊凸耳固定。鑒于凸模和凹模的特殊形式，整個加工過程需要配合模具本身機(jī)械結(jié)構(gòu)以及外部的液壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)聯(lián)合作用而實現(xiàn)。這種設(shè)計形式，保證了坯料受力的穩(wěn)定性，對保證加工精度有很大的提高作用。由于坯料尺寸較大，模具結(jié)構(gòu)中未采用剛性卸料板，而是采用手工卸料方法。此外模具結(jié)構(gòu)中采用了墊板、固定板固定凸模。本章通過一滾工序圖的設(shè)計目的，設(shè)計了一滾的模具，并通過該模具的設(shè)計總結(jié)了PRO/E設(shè)計模塊，熟悉了各種模具的設(shè)計流程。4成型設(shè)備的選擇及工藝參數(shù)編制設(shè)計沖壓力與壓力中心初選壓力機(jī)(1)沖裁力根據(jù)計算,接觸處零件內(nèi)外周邊之和L約為2×（200＋2π×）=828mm,又因為τ=255Mpa,t=3mmF=KLtτ×828×3×卸料力:取Kx=0.06,則×=49.4KN推件力:高度取h=9mm,故n=h/t=9/3=3，根據(jù)文獻(xiàn)[4]取=nF=3××823.4=222.3KN所以=F+=KN由式3-23應(yīng)選取的壓力機(jī)公稱壓力為:P0≥～1.3)～1.3)×KN(2)壓力中心的確定計算壓力中心時，由于凸凹模及其固定板均為左右前后對稱形式，故壓力中心為固定板幾何中心。(3)沖壓設(shè)備選擇的原則介紹設(shè)備類型的選擇要依據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量、工藝方法與性質(zhì)及沖壓件的尺寸、形狀與精度要求來進(jìn)行。1）據(jù)沖壓件的大小進(jìn)行選擇參照下表：表按沖壓件大小選擇設(shè)備2）考慮精度與剛度在選用設(shè)備類型時，還應(yīng)充分注意到設(shè)備的精度與剛度。壓力機(jī)的剛度是由床身剛度、傳動剛度和導(dǎo)向剛度三部分組成，如果剛度較差，負(fù)載終了和卸載時模具間隙會發(fā)生很大的變化，影響沖壓件的精度和模具壽命。設(shè)備的精度也有類似的問題。尤其是在進(jìn)行校正彎曲、校形及整修這類工藝時更應(yīng)選擇剛度與精度較高的壓力機(jī)。在這種情況下，板料的規(guī)格應(yīng)該控制更嚴(yán)，否則，因設(shè)備過大的剛度和過高的精度反而容易造成模具或設(shè)備的超負(fù)載損壞。3）根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量選擇參照下表：表按生產(chǎn)批量選擇設(shè)備4）考慮生產(chǎn)現(xiàn)場的實際可能在進(jìn)行設(shè)備選擇時，還應(yīng)考慮生產(chǎn)現(xiàn)場的實際可能。如果目前還沒有較理想的設(shè)備供選擇，則應(yīng)該設(shè)法利用現(xiàn)有設(shè)備來完成工藝過程。5）考慮技術(shù)上的先進(jìn)性需要采用先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行沖壓生產(chǎn)時，可以選擇計算機(jī)操作的及具有數(shù)控加工裝置的各類新設(shè)備。壓力機(jī)的最終確定因此可選開式雙柱固定臺壓力機(jī)JA21-160，其技術(shù)規(guī)格如下:公稱壓力/kN1600滑塊行程/mm160滑塊行程次數(shù)（次/min）40最大閉合高度/mm450閉合高度調(diào)節(jié)量/mm130滑塊中心線至床身距離/mm380立柱距離/mm530工作臺尺寸/mm前后710，左右1120工作臺孔尺寸/mm直徑460墊板尺寸/mm厚度130模柄尺寸/mm直徑70，深度80滑塊底面尺寸/mm前后460，左右650

有限元靜力分析5有限元法簡介有限元法是為適應(yīng)電子計算機(jī)的使用而發(fā)展起來的一種比較新穎的數(shù)值計算方法。這種方法大約起源于20世紀(jì)50年代航空工程中飛機(jī)結(jié)構(gòu)的矩陣分析。有限元方法的基本思想：（A）假想把連續(xù)系統(tǒng)分割成數(shù)目有限的單元，單元之間只在數(shù)目有限的指定點處相互連接，構(gòu)成一個單元集合體來代替原來的連續(xù)系統(tǒng)。在節(jié)點上引進(jìn)等效載荷，代替實際作用與系統(tǒng)上的外載荷。（B）對每個單元由分塊近似的思想，按一定的規(guī)律建立求解未知量與節(jié)點相互作用的關(guān)系。（C）把所有單元的這種特性關(guān)系按一定的條件集合起來，引入邊界條件，構(gòu)成一組一節(jié)點變量為未知的代數(shù)方程式，求解之就得到有限個節(jié)點處的待求變量。所以，有限元實質(zhì)上是把具有無限個自由度的連續(xù)系統(tǒng)，理想化為只有有限個自由度的單元集合，使問題轉(zhuǎn)化為適合于數(shù)值求解的結(jié)構(gòu)型問題。有限元解法的特點：第一步：物理概念清晰；第二步：復(fù)雜結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性；第三步：各種物理問題的適應(yīng)性；第四步：計算計算機(jī)實現(xiàn)的高效性；有限元方法發(fā)展到今天,已經(jīng)成為一門相當(dāng)復(fù)雜的實用工程技術(shù).有限元分析的最終目的是還原一個實際工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)行為特征,即分析必須針對一個物理原型準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型,模型包括所有節(jié)點、單元、材料屬性、實常數(shù)、邊界條件以及其他用來表現(xiàn)這個物理系統(tǒng)的特征.ANSYS(analysissystem)是一種融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁和聲學(xué)于一體的大型CAE通用有限元分析軟件,可廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械、汽車交通、電子等一般工業(yè)及科學(xué)研究領(lǐng)域.ANSYS的學(xué)習(xí)、應(yīng)用是一個系統(tǒng)、復(fù)雜的工程,由于它涉及到多方面的知識,所以在學(xué)習(xí)ANSYS的過程中一定要對ANSYS所涉及到的一些理論知識有一個大概的了解,以加深對ANSYS的理解.有限元分析（FEA，F(xiàn)initeElementAnalysis）的基本概念是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問題的解。這個解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。有限元是那些集合在一起能夠表示實際連續(xù)域的離散單元。有限元的概念早在幾個世紀(jì)前就已產(chǎn)生并得到了應(yīng)用，例如用多邊形（有限個直線單元）逼近圓來求得圓的周長，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應(yīng)用于航空器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算，并由于其方便性、實用性和有效性而引起從事力學(xué)研究的科學(xué)家的濃厚興趣。經(jīng)過短短數(shù)十年的努力，隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速從結(jié)構(gòu)工程強(qiáng)度分析計算擴(kuò)展到幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，成為一種豐富多彩、應(yīng)用廣泛并且實用高效的數(shù)值分析方法。有限元方法與其他求解邊值問題近似方法的根本區(qū)別在于它的近似性僅限于相對小的子域中。20世紀(jì)60年代初首次提出結(jié)構(gòu)力學(xué)計算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地將其描繪為：“有限元法=RayleighRitz法＋分片函數(shù)”，即有限元法是RayleighRitz法的一種局部化情況。不同于求解（往往是困難的）滿足整個定義域邊界條件的允許函數(shù)的RayleighRitz法，有限元法將函數(shù)定義在簡單幾何形狀（如二維問題中的三角形或任意四邊形）的單元域上（分片函數(shù)），且不考慮整個定義域的復(fù)雜邊界條件，這是有限元法優(yōu)于其他近似方法的原因之一。對于不同物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型的問題，有限元求解法的基本步驟是相同的，只是具體公式推導(dǎo)和運算求解不同。有限元求解問題的基本步驟通常為：第一步：問題及求解域定義：根據(jù)實際問題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。第二步：求解域離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個單元組成的離散域，習(xí)慣上稱為有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。顯然單元越?。ňW(wǎng)絡(luò)越細(xì)）則離散域的近似程度越好，計算結(jié)果也越精確，但計算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。第三步：確定狀態(tài)變量及控制方法：一個具體的物理問題通常可以用一組包含問題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價的泛函形式。第四步：單元推導(dǎo)：對單元構(gòu)造一個適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標(biāo)系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣（結(jié)構(gòu)力學(xué)中稱剛度陣或柔度陣）。為保證問題求解的收斂性，單元推導(dǎo)有許多原則要遵循。對工程應(yīng)用而言，重要的是應(yīng)注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應(yīng)以規(guī)則為好，畸形時不僅精度低，而且有缺秩的危險，將導(dǎo)致無法求解。第五步：總裝求解：將單元總裝形成離散域的總矩陣方程（聯(lián)合方程組），反映對近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件?？傃b是在相鄰單元結(jié)點進(jìn)行，狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)（可能的話）連續(xù)性建立在結(jié)點處。第六步：聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋：有限元法最終導(dǎo)致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、選代法和隨機(jī)法。求解結(jié)果是單元結(jié)點處狀態(tài)變量的近似值。對于計算結(jié)果的質(zhì)量，將通過與設(shè)計準(zhǔn)則提供的允許值比較來評價并確定是否需要重復(fù)計算。簡言之，有限元分析可分成三個階段，前處理、處理和后處理。前處理是建立有限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；后處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡便提取信息，了解計算結(jié)果。有限元分析是使用有限元方法來分析靜態(tài)或動態(tài)的物理物體或物理系統(tǒng)。在這種方法中一個物體或系統(tǒng)被分解為由多個相互聯(lián)結(jié)的、簡單、獨立的點組成的幾何模型。在這種方法中這些獨立的點的數(shù)量是有限的，因此被稱為有限元。由實際的物理模型中推導(dǎo)出來得平衡方程式被使用到每個點上，由此產(chǎn)生了一個方程組。這個方程組可以用線性代數(shù)的方法來求解。有限元分析的精確度無法無限提高。元的數(shù)目到達(dá)一定高度后解的精確度不再提高，只有計算時間不斷提高。ANSYS軟件簡介ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)。它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAD工具之一。軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強(qiáng)大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機(jī)到大型機(jī)的多種計算機(jī)設(shè)備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。代表了最先進(jìn)的CAE整合技術(shù)，較9.0有了顯著的提高”，ANSYS公司總裁兼首席執(zhí)行官JimCashman說，"我們一直致力于拓展ANSYS仿真技術(shù)的廣度和深度，同時建立各種類型的仿真分析軟件的空前大連盟。得益于ANSYSWorkbench整合CAE技術(shù)的架構(gòu)，我們創(chuàng)建了建模、仿真、分析、前后處理的一系列無縫鏈接。10.0新版本整合了世界上最優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)、熱、流體等分析功能?！奔尤肓诵D(zhuǎn)機(jī)械和葉片設(shè)計工具，豐富了Workbench環(huán)境下的行業(yè)化功能。即ANSYSBladeModeler，一款針對旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉片構(gòu)件的高效的三維設(shè)計工具；以及ANSYSTurboGrid，一款高質(zhì)量的葉片設(shè)計六面體網(wǎng)格劃分工具。"結(jié)合了ANSYSCFX和渦輪專用的前后處理CFD功能，版本提供了渦輪機(jī)械設(shè)計和分析完整的解決方案，”ANSYS公司副總裁兼總經(jīng)理ChrisReid說，"應(yīng)力分析、計算流體動力學(xué)分析或流固耦合分析的模型可以直接建立，通過CAD系統(tǒng)連通性，可以把模型擴(kuò)展到上下游部件，最終完成整個模型的分析。ANSYSWorkbench是提供此功能上獨一無二的環(huán)境，借此空氣動力學(xué)工程師可以進(jìn)行CFD設(shè)計，同時確認(rèn)結(jié)構(gòu)特征。這將大幅度縮短設(shè)計流程?！痹跈C(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域，包括了ANSYSWorkbench下全部的熱瞬態(tài)分析功能。這不僅幫助用戶進(jìn)行非常復(fù)雜的時域仿真，同時ANSYSWorkbench也可自動完成很多建模和求解工作。這樣可以輕松快速地求解設(shè)備在一定運行時間內(nèi)的熱性能。為了滿足日益增加的對大型復(fù)雜問題及時有效的分析需求，的并行求解器如今可增加了對CPU和通信技術(shù)的選擇余地。除了支持Ethernet和GigabitEthernet，還支持Myrinet和InfiniBand。相對于以前的架構(gòu)，能以最少的成本滿足高性能的機(jī)群計算。本著以低成本硬件設(shè)備提供高性能解決方案的目標(biāo)，ANSYSWorkbench現(xiàn)可支持WindowsXP64位機(jī)的AMD和EMT64芯片集。此項改革解決了許多用戶在Windows操作系統(tǒng)下運行大型模型所面臨的2GB內(nèi)存限制。另外，它也使得ANSYS用戶不再需要寫硬盤就能完成整個求解，從而節(jié)約求解時間。對于用戶，這將幫助他們更加經(jīng)濟(jì)有效地解決大型模型問題，如那些低頻穩(wěn)態(tài)和全瞬態(tài)電磁分析問題。并行求解器可以解決高于一億自由度的大型電磁問題，在CAE行業(yè)獨樹一幟。在高頻電磁領(lǐng)域，版本提供了一個新的模式端口。此端口大大簡化了集成電路（IC）、射頻識別(RFID)和射頻微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等多種設(shè)備分析傳輸線端口的建模。標(biāo)準(zhǔn)算例顯示，利用此端口建模，可以顯著縮小模型尺寸，在保證精確的頻域計算結(jié)果前提下，節(jié)約30％到50％的求解時間和內(nèi)存需求。新版本增加了旋轉(zhuǎn)機(jī)械的陀螺效應(yīng)，它提高了ANSYS對渦輪機(jī)械和其他旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析的能力。在耦合場領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)－熱－電磁三場耦合分析中增加熱彈阻尼(TED)，一個在金屬、制陶及MEMS領(lǐng)域非常重要的內(nèi)耗裝置。ANSYS繼續(xù)Workbench主旋律，提供我們的用戶可供選擇的全自動或個人控制的強(qiáng)大分析軟件。我們在核心的網(wǎng)格處理技術(shù)上有十足的增強(qiáng)，在ANSYSWorkbench各個應(yīng)用程序間共享網(wǎng)格。另外，雙向參數(shù)互動的CAD接口的穩(wěn)健性也得到了提高。通過混合網(wǎng)格剖分新功能和CAD模型細(xì)節(jié)處理功能，提供了完整的一系列網(wǎng)格劃分工具以模擬真實世界，如汽車引擎罩下的散熱分析和汽車碰撞分析。CAE強(qiáng)度分析現(xiàn)狀及工程意義（1）CAE強(qiáng)度分析現(xiàn)狀1)結(jié)構(gòu)靜力分析用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。2)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動響應(yīng)分析。3)結(jié)構(gòu)非線性分析結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。4)動力學(xué)分析ANSYS程序可以分析大型三維柔體運動。當(dāng)運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運動特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。5)熱分析程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。6)電磁場分析主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計和分析領(lǐng)域。7)流體動力學(xué)分析ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對流換熱效應(yīng)。8)聲場分析程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場強(qiáng)度分布，或預(yù)測水對振動船體的阻尼效應(yīng)。9)壓電分析用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對AC（交流）、DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析?？蛇M(jìn)行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析（2）CAE強(qiáng)度分析的工程意義隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計方法變得越來越有局限性，而且傳統(tǒng)的方法往往通過經(jīng)驗來對所設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行判斷，往往不夠準(zhǔn)確。進(jìn)入21世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，伴隨著計算機(jī)輔助分析軟件與技術(shù)的成熟，CAE強(qiáng)度分析的重要性日漸呈現(xiàn)?；贏NSYS的計算機(jī)輔助分析一次滾壓成形時，坯料形狀為擴(kuò)口的筒形件。坯料滾壓成形由于是不同段施加不同力，最終得到圖的最終成形圖，所以一滾模具滾壓的靜力擬分析采用單段受力分析模擬的。下圖是一滾坯料圖，其每一段的受力均不同：

圖坯料.1實體導(dǎo)入與網(wǎng)格劃分在導(dǎo)入前，將在PRO/E系統(tǒng)中創(chuàng)建的坯料的三維模型保存副本，轉(zhuǎn)化為.igs格式,然后在有限元分析軟件ANSYS中導(dǎo)入，在ANSYS系統(tǒng)中，命令如下:File→Import→IGES…然后將轉(zhuǎn)化好的.igs文件導(dǎo)入進(jìn)去即可，導(dǎo)入的圖形如下圖所示：圖倒入模型圖對幾何模型劃分單元，GUI：MainMenu＞Preprocessor＞Meshing＞MeshToll如圖所示：

使用本功能欄的Mesh按鈕，對導(dǎo)入模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分如下圖所示：圖網(wǎng)格劃分參數(shù)設(shè)置1.定義單元類型和材料特性系數(shù)：（1）定義單元類型，GUI：MainMenu＞Preprocessor＞ElementType＞Add/Edit/Delete，如下圖所示：圖定義單元類型（2）定義材料屬性，GUI：MainMenu＞Preprocessor＞Material＞Props＞MaterialModels，如下圖所示：圖定義材料屬性定義約束條件及求解施加約束條件，GUI：MainMenu＞Solution＞-Load-Apply＞-Stryctural-Displacement＞OnAreas，選擇在內(nèi)孔面施加約束。利用下圖所示的工具來施加，如圖所示：圖約束添加工具2.施加載荷，GUI：MainMenu＞Solution＞-Load-Apply＞-Structural-Pressure＞OnAreas，選擇上頂面后，在彈出的對話框中輸入載荷為10000KN3.求解，求解，GUI：MainMenu＞Solutoin＞Solve＞CurrentLS，分析如圖：圖求解結(jié)果

后處理1.顯示變形形狀，GUI：MainMenu＞GeneralPostproc＞PlotResults＞Deformedshape圖形變圖2.顯示節(jié)點的上VonMises應(yīng)力值，GUI：MainMenu＞GeneralPostproc＞PlotResults＞ContourPlot＞NodalSolu圖應(yīng)力圖3.列表節(jié)點的結(jié)果，GUI：MainMenu＞GeneralPostproc＞ListResults＞NodalSolution圖X方向應(yīng)變

圖Y方向應(yīng)變圖Z方向應(yīng)變圖總體應(yīng)變

6設(shè)計總結(jié)在對汽車車輪輪輞滾壓模具的設(shè)計過程中，我查閱了很多資料，學(xué)習(xí)了之前未曾了解的一些知識，開闊了視野，對模具行業(yè)也有了新的認(rèn)識。在技能方面，通過對此塑件模具的設(shè)計，更加熟練了對Pro/e、AutoCAD以及ANSYS軟件的運用，期間，我遇到了不少困難，如由于對軟件以及具體設(shè)計方法不熟悉，設(shè)計初期繪圖時采用了缺省模板，導(dǎo)致后面加模架時出現(xiàn)問題；設(shè)計初期經(jīng)驗不足，考慮不全面，沒有對工作資料進(jìn)行備份，由于失誤丟失前期工作，只能重做等等。這些困難有專業(yè)性的也有非專業(yè)性的，解決專業(yè)性難題，讓我更加深刻的掌握了模具設(shè)計的基礎(chǔ)知識，而解決那些非專業(yè)性的難題，學(xué)會了做事縝密，鍛煉了自己的耐心和毅力。總之，通過畢業(yè)設(shè)計的又一次鍛煉完全清楚：充分利用CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，在模具符合使要求的前提下盡量降低成本。同時在實際中不斷的積累經(jīng)驗，以設(shè)計出價廉物美的模具。本文應(yīng)用Pro/e軟件進(jìn)行塑件和模具的三維實體建模，并應(yīng)用有限元軟件ANSYS對滾壓坯料進(jìn)行了靜力分析，假以指導(dǎo)實踐。隨著計算機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，CAD/CAE/CAM技術(shù)也日臻成熟?？梢灶A(yù)料不久的將來，模具制造業(yè)將從機(jī)械制造業(yè)中分離出來，而獨立成為國民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的支柱產(chǎn)業(yè)，與此同時，也進(jìn)一步促進(jìn)了模具制造技術(shù)向集成化、智能化、益人化、高效化方向發(fā)展。

致謝光陰似箭，歲月如梭，不時已到畢業(yè)時分，好一份感慨了得。經(jīng)過幾個月的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，在很多地方難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。畢業(yè)設(shè)計為我們搭建了走向工作崗位的橋梁，通過系統(tǒng)性的鍛煉，我們在各個方面均取得了極大的鍛煉和提高。特別是獨立思考問題、實踐與動手能力以及小組協(xié)作意識。在本次畢業(yè)設(shè)計中，***老師為我們提供了莫大的幫助和指導(dǎo)。通過定期開會討論，耐心輔導(dǎo)，讓我們工作的開展始終有著明確的目標(biāo)，并及時地解決了設(shè)計過程中遇到的各種困難，這為我們設(shè)計的順利進(jìn)行打下了堅實的基礎(chǔ)。***令人尊敬的敬業(yè)精神、無私的奉獻(xiàn)精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度深深感染了我，同學(xué)們互幫互助和真誠的鼓勵，使我不僅從中學(xué)到了知識，更重要的是擁有了樂觀向上的態(tài)度，更好的懂得更多的道理，深刻體會到治學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，我想這對我們每一個人來講，無疑是極大的鞭策和促進(jìn)。在此論文完成之際，特別要將最誠摯的感謝獻(xiàn)給指導(dǎo)老師***老師。老師高深淵博的學(xué)識、深邃的見解、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度和誨人不倦的育人精神，使我們深受鼓舞和啟迪。老師對科學(xué)的熱愛、對事業(yè)的執(zhí)著以及謙遜寬厚的為人，是學(xué)生終生效仿的楷模。在整個畢業(yè)設(shè)計的這一個學(xué)期，學(xué)生所取得的點點滴滴進(jìn)步和成績都離不開老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求。參考文獻(xiàn)[1]

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附錄DiebasicswitheightbasiccomponentsGettingtoknowstampingdiesByArtHedrick,ContributingWriter

August8,2006Astampingdieisaspecial,one-of-a-kindprecisiontoolthatcutsandformssheetmetalintoadesiredshapeorprofile.Mostdiesareconstructedofseveralbasiccomponents,includingdieplates,shoes,diesets,guidepins,bushings,heelblocks,heelplates,screws,dowels,andkeys.Diesalsoneedstripper,pressure,anddrawingpads,aswellasthedevicesusedtosecurethem—spools,shoulderbolts,keepers,andretainers;andgas,coil,orurethanesprings.Editor'sNote:ThisarticleiseditedfromPartIVandPartVofanarticleseriesonthefabricatorcoveringstampingdiefundamentalsandfocusingonthecomponentsusedinmanufacturingstampingdies.Astampingdieisaspecial,one-of-a-kindprecisiontoolthatcutsandformssheetmetalintoadesiredshapeorprofile.Thedie'scuttingandformingsectionstypicallyaremadefromspecialtypesofhardenablesteelcalledtoolsteel.Diesalsocancontaincuttingandformingsectionsmadefromcarbideorvariousotherhard,wear-resistantmaterials.Moststampingdiesareconstructedofseveralbasiccomponents,includingdieplates,shoes,diesets,guidepins,bushings,heelblocks,heelplates,screws,dowels,andkeys.Diesalsoneedstripper,pressure,anddrawingpads,aswellasthedevicesusedtosecurethem:spools,shoulderbolts,keepers,andretainers,aswellasgas,coil,orurethanesprings.Figure1

Dieplates,shoes,anddiesets,whichcorrespondtothesizeofthedie,serveasthefoundationformountingtheworkingdiecomponents.ImagecourtesyofEclipseToolandDie.1.DiePlates,Shoes,andDieSetsDieplates,shoes,anddiesetsaresteeloraluminumplatesthatcorrespondtothesizeofthedie(seeintroductoryphotoandFigure1).Theyserveasthefoundationformountingtheworkingdiecomponents.Thesepartsmustbemachined—milledorground—sothattheyareparallelandflatwithinacriticaltolerance.Althoughgrindingisthemostpopular,amilledsurfacenowcanbeobtainedthatisasaccurateasagroundsurface.Mostdieshoesaremadefromsteel.Aluminumalsoisapopulardieshoematerial.Aluminumisone-thirdtheweightofsteel,itcanbemachinedveryquickly,andspecialalloyscanbeaddedtoittogiveitgreatercompressivestrengththanlow-carbonsteel.Aluminumalsoisagreatmetalforshockadsorption,whichmakesitagoodchoiceforblankingdies.Theupperandlowerdieshoesassembledtogetherwithguidepinscreatethedieset.Thelowerdieshoeoftenhasmachinedorflame-cutholesthatallowslugsandscrapcreatedinthedietofallfreelythroughthedieshoeontothepressbed.Theholesalsomayserveasclearancesforgasspringsandotherdiecomponents.Thedieshoethicknessisbasedonhowmuchforcecanbeexpectedduringcuttingandforming.Forexample,acoiningdie,onethatcompressesmetalbysqueezingitbetweenanupperandlowerdiesection,requiresamuchthickerdieshoethanasimplebendingdie.2.GuidePinsandBushingsGuidepins,sometimesreferredtoasguidepostsorpillars,functiontogetherwithguidebushingstoalignboththeupperandlowerdieshoesprecisely(seeFigure2).Theyareprecision-groundcomponents,oftenmanufacturedwithin0.0001in.Althoughnumerousspecialtymountingmethodscanbeusedtoinstallthesecomponents,thereareonlytwobasictypesofguidepinsandbushings—frictionpinsandballbearing-stylepins.Figure2

Guidepins(guidepostsorpillars)andguidebushingsaligntheupperandlowerdieshoesprecisely.I