汽车发动机活塞环冷轧成型模拟与模具CADCAECAM一体化技术及应用.doc

汽车发动机活塞环冷轧成型模拟与 模具CAD/CAE/CAM一体化技术与应用 重庆大学课程论文 2011-2012学年第一学期 课程名称: 材料成型CAD/CAE/CAM 组 员： 吴 凌 范吉杰 马驰程 邓子龙 学 院： 材料学院 专 业： 材控专业 指导教师： 王 梦 寒 汽车发动机活塞环冷轧成型模拟与 模具CAD/CAE/CAM一体化技术与应用 吴凌，范吉杰，马驰程，邓子龙 【摘要】：通过分析汽车发动机活塞环的工作环境及性能要求，体现活塞环用冷轧成型的优势，以及采用模具CAD/CAE/CAM一体化技术对活塞环冷轧成型进行模拟，说明模具CAD/CAE/CAM在活塞环冷轧成型中具有重要指导意义。 【关键词】：活塞环 冷轧成型 模具CAD/CAE/CAM一体化技术 活塞环是内燃发动机的关键部件之一，是具有一定弹性的开口环，分为气环和油环，起着密封高温高压燃气，调节气缸壁润滑油膜，传递活塞热量以及支撑活塞的作用。活塞环的运动状态十分复杂，不仅存在高频高速的往复运动，还在环槽中做激烈的振动，工作环境恶劣，常处在高温高压燃气的侵蚀之中。理想的活塞环材料应具有耐腐蚀、耐磨损和导热性，足够的力学性能，即良好的抗弯强度和弹力保持性以及在受热状态下有较高的疲劳强度，同时应具有良好的工艺制造性以及和气缸材料的磨合性。活塞环尺寸小且尺寸精度与表面粗糙度要求非常高,长期以来以铸铁为原材料采用传统方法加工生产,需要通过车、铣、磨等多道工序才能最终成型,生产成本非常高。随着精密成型技术的发展,发达国家采用冷态成型轧制方法生产出了符合活塞环截面形状及尺寸精度要求的精密型材,再经数控成型机将精密型材绕成特定形状的开口椭圆,将以往的多道工序缩短为几道工序,既降低了加工成本又提高了产品性能。 但是,在轧制生产过程中,材料的塑性变形规律、轧辊和轧件之间的摩擦现象，材料中温度和微观组织的变化，轧制过程中的轧件压下率、轧辊直径、轧制速度等因素的影响都是非常复杂的问题。研究轧制过程中的金属变形规律，通过实验研究可以最大程度地接近生产实际，为设备的设计和生产工艺提供准确的参考数据。但是实验研究需要实验前的准备、做实验、结果处理等大量工作，需要大量人力物力投入，周期比较长。而且由于异型截面精密型材的轧制涉及到金属的流动、温度场、应力场等场量的定量，轧制过程中前后横断面差别大，形状复杂，金属变形极不均匀，传统的实验手段很难处理这类问题。随着大型通用有限元软件的开发，模具CAD/CAE/CAM一体化技术在轧制领域得到了越来越广泛的应用，这弥补了传统研究方法的不足，为深入研究精密型材轧制过程中的变形问题提供了一种有力的方法。我们可以通过计算机模具设计来参考我们应该设计何种形式的模具使得生产效率最高，得到更高要求的、最适合需要的产品，如何对原材料进行排样以达到对原材料的最有效的利用，而且，通过计算机模具的设计我们可以计算出模具的制造成本，对公司的效益有何影响。在确定了模具以后，我们还可以通过CAE的分析，得到在零件的生产过程中，模具各个部位的实际情况，我们可以分析具体用何种材料来制造模具才能达到工艺要求。并且可以模拟零件在实际成型过程中各个部位的受力情况和成型的情况。通过以上各种模拟与分析，对于我们实际制造模具，零件的实际生产都有重要的意义。 活塞环采用冷轧成型工艺。冷轧的优点是道次变形量大，加工道次少，生产周期短和金属消耗量小，机械性能优越，缺点是工具制造困难，变更规格不方便，生产灵活性差，设备投资高以及维护较复杂。 通过以上对冷轧工艺和活塞工艺要求的分析，我们了解到，如果我们在实际生产中采用手工设计模具的方法来设计出合适的模具那样需要大量工作。那样意味着我们要设计一系列的模具，然后用这些模具制造工件，最后综合比较那个模具制造的产品更符合我们的要求，那样也会导致我们的研发费用成倍的增加，这也不是一般的工厂所能承受得起的，这也不会是一个明智的决定。因此，计算机模拟技术的发展为零件的开发提供了更好的平台。 运用CAD/CAE/CAM技术实现零件从概念阶段到实际产品的转变。也就是运用这个技术，我们能把一个产品从我们的想像变为实际产品，而这中间我们不需要花费太多的资金。首先，我们用CAD的技术，把我们所需要的零件通过三维造型技术把它反映到计算机上，这是我们的零件能转化为现实的第一步，通过CAD技术，我们可以指导我们设计的不足，并且要通过产品优化功能，是我们的产品在满足我们设计要求的同时能有更合理的结构。接着，在完成了图纸的绘