【機(jī)電工程開題報告：車輪轂加工工藝及夾具參數(shù)化設(shè)計3000字】

在日益嚴(yán)格的法規(guī)要求下，輕量化技術(shù)越來越受到加工企業(yè)的重視。針對轎車輪轂車削夾具而言，在保證強(qiáng)度剛度和安全性的前提下，對其進(jìn)行輕量化設(shè)計可以節(jié)省原料投入，在一定程度上降低機(jī)床的負(fù)擔(dān)，進(jìn)而在一定程度上降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品在市場中的競爭力。然而影響轎車輪轂車削夾具各項性能的因素有很多，設(shè)計過程中，為了力求結(jié)果準(zhǔn)確可靠，輪轂車削夾具需要調(diào)整的尺寸參數(shù)多；轎車輪轂車削夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件材料不一、接觸很多，仿真過程中，對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分、材料設(shè)置等操作不僅容易出錯，而且消耗研究人員的很多精力和時間，進(jìn)而影響到輕量化技術(shù)的應(yīng)用以及新產(chǎn)品研發(fā)的進(jìn)程。針對上述問題，本文首先研究分析了汽車輪轂的主要加工工藝，使用SolidWorks建立了轎車輪轂車削夾具的三維參數(shù)化模型，避免了夾具建模過程中的很多重復(fù)操作；使用ANSYSWorkbench中的靜力學(xué)分析模塊、動力學(xué)分析模塊對轎車輪轂車削夾具進(jìn)行了仿真分析,并用ANSYSWorkbench里面的優(yōu)化工具DesignXplorer對夾具進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，并且使用有限元法建立了有限元模型；最后對汽車輪轂切削夾具進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化。本文研究的轎車輪轂車削夾具仿真分析及對切削夾具的各項參數(shù)優(yōu)化設(shè)計對企業(yè)關(guān)于轎車輪轂車削夾具的研發(fā)設(shè)計及工程應(yīng)用具有實際意義。汽車輪轂是汽車外形直接體現(xiàn)的一個零部件，其性能屬性直接影響行駛過程的安全。較為個性化的輪轂需兼具優(yōu)良質(zhì)量和炫酷外形的特點，因此輪轂生產(chǎn)制造工業(yè)也是汽車時裝化工業(yè)的體現(xiàn)。在輪轂材料上，汽車輪轂通用的材質(zhì)包括鋼材料、鋁合金材料和復(fù)合材料。而鋁合金材料以成型度好、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕和價格便宜等特點成為輪轂制造的不二之選。其生產(chǎn)工藝對輪轂本身的性能優(yōu)劣非常明顯，目前汽車輪轂主流的生產(chǎn)工藝有鑄造法、鍛造法、旋壓法與擠壓法。1.國內(nèi)研究現(xiàn)狀(1)在鑄造成型方面,王偉等(2019)通過Procast模擬軟件研究了輪轂重力鑄造中溫度、固相率等因素對鑄件品質(zhì)的影響，分析了輪轂鑄件中缺陷形成位置及原因，提出了增設(shè)冷鐵和保溫圈等改進(jìn)工藝可減少鑄件缺陷。白海龍等(2017)研究了溫度場和速度場在輪轂砂型重力凝固過程中的影響，提出了澆注工藝對溫度場和速度場分布影響規(guī)律的理論，結(jié)果表明：數(shù)值模擬結(jié)果反映了澆注工藝中溫度場和速度場分布的影響規(guī)律。葉安英等(2008)優(yōu)化了輪轂重力生產(chǎn)工藝的模具設(shè)計，探索了一條發(fā)散狀模具的工藝方案，達(dá)到了重力鑄造中大幅度增強(qiáng)發(fā)散狀輪轂鑄件質(zhì)量的效果。李靜等(2019)研究了輪轂?zāi)＞叩脑O(shè)計及優(yōu)化，結(jié)果表明：低壓鑄造中輪轂窗口上方易產(chǎn)生氣孔、縮松等缺陷，通過在模具窗口中增加鋁液充型通道的辦法，可以提高輪轂性能，該研究除了通過優(yōu)化模具來提高輪轂性能外，對工藝改進(jìn)方面闡述較少。(2)在鍛壓成型方面,張鴻飛等(2019)基于Forge軟件模擬分析了輪轂終鍛成形過程，分析了輪轂終鍛成形中成形速度、摩擦系數(shù)與溫度對輪轂終鍛成形具有很大影響。陳微等基于Deform-3D軟件對高鈦6061鋁合金輪轂鍛造成形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明：通過高溫預(yù)鍛、低溫終鍛的方式來增大變形速率，獲得了輪轂控制組織缺陷的最優(yōu)工藝參數(shù)組合。陳微等(2018)研究了鋁合金輪轂鍛造生產(chǎn)線模具自動噴霧潤滑的作用，通過設(shè)計環(huán)形柔性噴頭可適應(yīng)不同規(guī)格輪轂的噴涂需求，提高了工藝成型效率。(3)在旋壓成型方面,譚學(xué)菊(2018)研究了旋壓變形工藝對鋁合金輪轂的組織與性能的影響，結(jié)果表明：當(dāng)為旋壓變形溫度為400℃，進(jìn)給量為1.2mm/r，減薄率為30%，主軸轉(zhuǎn)速為400r/min時，是鋁合金輪轂旋壓工藝最優(yōu)的變形參數(shù)。楊金嶺等(2016)對輪轂旋壓輥輪裝夾結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，提供了一種新型旋壓工藝的安裝方式，使得輪轂旋壓成型安裝方式更加多樣化。三、擬采用的研究思路（方法、技術(shù)路線、可行性論證等）1.方法：（1）有限元法作為一種高效科學(xué)的分析方法現(xiàn)被廣泛的應(yīng)用于解決工程實際問題中，是求解數(shù)理方程常用的一種數(shù)值求解辦法，主要是將彈性理論、計算數(shù)學(xué)和計算機(jī)中的相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合在一起來對實際工程問題進(jìn)行解決。對于有限元分析方法，用其解決結(jié)構(gòu)問題的過程可以概括為以下幾步：1)確定單元剖分結(jié)構(gòu)和插值函數(shù)。2)依據(jù)幾何方程，推導(dǎo)出用節(jié)點位移表示的單元應(yīng)變。3)整合所有單元的節(jié)點位移與節(jié)點力的關(guān)系，組合成整體結(jié)構(gòu)的平衡方程組。4)求解未知節(jié)點位移。5)計算單元內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變。（2）軟件分析法使用SolidWorks軟件建立可根據(jù)設(shè)計要求變更參數(shù)群的轎車輪轂車削夾具參數(shù)化三維模型，通過建立參數(shù)間的關(guān)系，驅(qū)動參數(shù)的聯(lián)動，從而保證零件形狀和裝配基準(zhǔn)的穩(wěn)定性。使用ANSYSWorkbench深入研究了有限元仿真技術(shù)并對夾具進(jìn)行了整體靜力分析、模態(tài)分析以及關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。2.技術(shù)路線：研究相關(guān)視頻，查閱相關(guān)文獻(xiàn)、論文、期刊研究相關(guān)視頻，查閱相關(guān)文獻(xiàn)、論文、期刊對對車輪轂零件進(jìn)行工藝分析車削夾具結(jié)構(gòu)改進(jìn)及參數(shù)化模型建立車削夾具的有限元仿真分析車削夾具結(jié)構(gòu)改進(jìn)及參數(shù)化模型建立車削夾具的有限元仿真分析汽車輪轂車削夾具的優(yōu)化設(shè)計汽車輪轂車削夾具的優(yōu)化設(shè)計尺寸優(yōu)化形狀優(yōu)化拓?fù)鋬?yōu)化尺寸優(yōu)化形狀優(yōu)化拓?fù)鋬?yōu)化3.可行論證：技術(shù)可行性：本課題利用Excel以及SolidWorks，建立夾具的參數(shù)化模塊，實現(xiàn)通過產(chǎn)品圖樣參數(shù)驅(qū)動夾具零件圖參數(shù)的功能，能大大降低夾具設(shè)計的周期，以及提高夾具設(shè)計的可靠性和穩(wěn)定性。所謂參數(shù)化模塊即建立夾具設(shè)計的模板，是將所需要的夾具類型歸類，將通過圖樣參數(shù)計算出的夾具參數(shù)輸入到軟件中，軟件即可自動修改夾具圖樣，只需調(diào)整夾具圖樣尺寸位置，即可使用。模板建立成功后，開發(fā)新夾具的工作就變得輕松便捷，有利于降低夾具設(shè)計時間、提高夾具設(shè)計質(zhì)量。利用ANSYSWorkbench軟件平臺將SolidWorks建立的三維模型導(dǎo)入，進(jìn)而建立有限元分析模型，可以很好的進(jìn)行有限元靜力分析，并且軟件自帶可以對輪轂夾具進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化、形狀和尺寸優(yōu)化的工具。條件可行性:通過大學(xué)期間對機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計與仿真等相關(guān)課程的學(xué)習(xí)。掌握了機(jī)械加工和裝配方面的基本理論和知識，如零件加工時的定位理論、工藝和裝備尺寸鏈理論、加工精度理論等;了解到影響加工質(zhì)量的各項因素，能夠分析研究加工質(zhì)量的方法;能夠制定零件機(jī)械加工工藝過程的部件、產(chǎn)品裝配工藝過程的方法;能夠使用UG軟件的裝配功能，對夾具的裝配序列進(jìn)行仿真;