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車輛工程研究生學(xué)位論文開題報(bào)告
開題報(bào)告是學(xué)位論文的一個(gè)總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)，是研究生學(xué)位論文工作的重要環(huán)節(jié)，下面是小編搜集整理的車輛工程研究生學(xué)位論文開題報(bào)告，供大家閱讀參考。
課題名稱：脹壓成形載重3.5 t橋殼預(yù)成形的研究
1、立論依據(jù)
課題來源及研究的目的和意義：
本課題來源于燕山大學(xué)研究項(xiàng)目“汽車橋殼脹壓成形新技術(shù)的研究”，針對載重3.5t卡車鋼管脹壓成形橋殼預(yù)成形管坯的加載方式和加載路徑進(jìn)行研究。
汽車車橋，也稱車軸，是汽車上傳遞車架和車輪之間各方向的力及其力矩的部件。橋殼是汽車上的主要零件之一，它的功用是支承并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等，使左右驅(qū)動(dòng)車輪的軸向相對位置固定;與從動(dòng)橋一起，支承車架及其上各總成的重量 [1]。在動(dòng)載荷條件下，要求橋殼在具有足夠的強(qiáng)度和剛度的條件下還應(yīng)力求減小橋殼的質(zhì)量。此外橋殼還應(yīng)具備結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，便于保證主減速器拆裝、調(diào)整、維修和保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)[2]。
汽車橋殼屬異型截面復(fù)雜管類件，要求有較高的強(qiáng)度剛度，目前主要用鑄造方法、沖壓焊接方法制造。沖焊具有工藝簡單、材料利用率高、質(zhì)量小、韌性高、彈性好、成本低的優(yōu)點(diǎn)。但由于沖焊過程中，材料受熱，使得材料分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，失去了原有的狀態(tài)致使強(qiáng)度降低。同時(shí)，由于在焊接過程中，不可避免地出現(xiàn)焊接缺陷，而焊接缺陷是影響整體強(qiáng)度的主要原因之一。鑄造橋殼具有剛性好、強(qiáng)度高、塑性變形小、易鑄成等強(qiáng)度梁等優(yōu)點(diǎn)，但韌性及彈性沒有沖焊橋殼好。
針對形狀復(fù)雜的汽車橋殼，提出鋼管脹壓成形工藝，脹壓成形工藝是：選擇一定規(guī)格的無縫鋼管，先將管坯兩端部縮徑，中間部分液壓脹形，得到軸對稱的預(yù)成形管坯，再對預(yù)成形管坯內(nèi)部充液并用模具從上下、前后四個(gè)方向同時(shí)壓制成形，得到異型截面的樣件。
鋼管脹壓成形汽車橋殼的研究中，為了得到強(qiáng)度剛度滿足其要求的成形件，最終壓制成功，壁厚分布必須滿足一定要求，所以，研究壁厚及其分布特性對于壓制成形至關(guān)重要。預(yù)成形管坯壁厚太薄，壓制后強(qiáng)度剛度不能滿足要求。預(yù)成形管坯壁厚分布不合理，壓制后強(qiáng)度剛度也難以達(dá)到要求。
管坯壁厚分布，主要取決于成形過程中的加載路徑和加載方式，因此研究管坯成形過程中的加載路徑和加載方式，很有必要。目前，研究橋殼液壓脹形的文獻(xiàn)雖多，但沒有給出明顯合理的加載方式，不同的加載方式對汽車橋殼生產(chǎn)的成形性影響怎么樣，尚不清楚，也沒有比較好的確定加載路徑的方法，本文給出了預(yù)成形管坯成形的三種加載方式和在這三種加載方式下的加載路徑，通過有限元模擬對比這三種加載方式下的壁厚及其壁厚分布，最后再與生產(chǎn)試驗(yàn)相結(jié)合，給出合適形狀及其壁厚分布合理的預(yù)成形管坯。
2、文獻(xiàn)綜述
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析：
管件液壓成形技術(shù)是用管坯作為原材，通過對管腔內(nèi)施加液體壓力及在軸向施加負(fù)荷作用，使其在給定模具型腔內(nèi)發(fā)生塑性變形，管壁與模具內(nèi)表面貼合，從而得到所需形狀零件的成形技術(shù)[3]。液體內(nèi)壓可以通過液壓技術(shù)，粘性介質(zhì)，彈性體和聚氨酯等等來獲得[4]。國內(nèi)外對液壓脹形各方面的研究也越來越廣泛。液壓成形受多方面的因素影響，國內(nèi)外各種文獻(xiàn)對此作了說明，下面介紹一些主要的影響因素。
2.1材料性質(zhì)及其幾何參數(shù)對成形過程的影響
在液壓成形過程中，材料的選取也是至關(guān)重要的，如果材料達(dá)不到塑性要求可能出現(xiàn)脹裂，或者可能材料太硬而出現(xiàn)斷裂等現(xiàn)象，因此選材既要合理又要經(jīng)濟(jì)。不同材料性能對成形性有著不同的影響。硬化指數(shù)n增大時(shí)，施加較低的內(nèi)壓就可以達(dá)到同等的成形高度，壁厚分布更均勻，并且能夠獲得更大的膨脹量。苑世劍研究了變徑管內(nèi)高壓成形送料區(qū)壁厚分布規(guī)律，研究表明，送料區(qū)兩端壁厚差受送料區(qū)初始長度、摩擦系數(shù)及內(nèi)壓的影響，隨著送料區(qū)初始長度、摩擦系數(shù)和內(nèi)壓的增加，送料區(qū)兩端壁厚差會越來越大，即靠近送料區(qū)外端點(diǎn)的壁厚增加會更加明顯。因此保證內(nèi)高壓成形得到的變徑管送料區(qū)壁厚增加不明顯的措施是：盡量減小送料區(qū)初始長度、減少摩擦，選擇較低的成形內(nèi)壓[5]。
2.2摩擦系數(shù)對成形過程影響
摩擦力對內(nèi)高壓成形過程有著至關(guān)重要的影響。管坯與成形模腔有較大面積接觸，且隨內(nèi)壓力的加大，管坯與模腔之間的壓力越來越大，使管坯兩端材料很難流入。這樣不但使中間脹形部分變薄、易脹裂、廢品率高，而且需要兩端的軸向力更大，即需要更高噸位的壓力機(jī)才能進(jìn)行脹形，增加了生產(chǎn)成本。減小摩擦力改善潤滑環(huán)境不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成形時(shí)所需的軸向力，還可以降低模具的磨損，延長模具使用壽命。為減小摩擦，管坯外表面及成形模腔要盡可能光滑，應(yīng)在管坯和模腔之間添加合適的潤滑劑【6】。苑文婧等人研究了變徑管內(nèi)高壓成形的厚度分界圓，研究表明：隨著摩擦系數(shù)、 管端軸向應(yīng)力與內(nèi)壓之比、送料區(qū)相對長度的增加，壁厚不變的厚度分界圓距離管端越來越近，即膨脹區(qū)壁厚減薄區(qū)域是越來越大的;而隨著管坯相對壁厚的增加，壁厚不變的厚度分界圓距離管端越來越遠(yuǎn)，即膨脹區(qū)壁厚減薄區(qū)域是越來越小的[7]。
2.3內(nèi)壓力及軸向進(jìn)給量的匹配關(guān)系對成形性能的影響
當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)中軸向推力大小變化不容易控制時(shí)，為了方便實(shí)際生產(chǎn)，可以選擇液壓力和軸向進(jìn)給量作為內(nèi)高壓成形過程中的控制變量。加載路徑對管材液壓脹形過程及零件質(zhì)量等有較大的影響。加載路徑是指液壓脹形時(shí)內(nèi)壓力 P與管端的軸向載荷 F或軸向位移S的關(guān)系曲線【8】。內(nèi)壓力使管材的脹形區(qū)外徑增大，壁厚減薄;而軸向載荷使材料向成形區(qū)流動(dòng)，減緩壁厚減薄。當(dāng)內(nèi)壓力加載過快，則會出現(xiàn)破裂缺陷;反之會出現(xiàn)屈曲和起皺缺陷。故內(nèi)壓力和軸向載荷的合理匹配是影響管材成形性能的關(guān)鍵因素。合理的加載路徑不僅可以提高管材的成形能力 (如使管材的壁厚分布均勻、脹形高度大、 材料貼模性好 ) ，還可以提高成形管件的質(zhì)量和降低對成形設(shè)備的要求。所以，研究管材液壓脹形的加載路徑具有理論意義及實(shí)用價(jià)值，目前成為了研究熱點(diǎn)【9】。Mori 等人通過對純鋁管材的有限元模擬及實(shí)驗(yàn)研究，比較了單調(diào)增加內(nèi)壓力加載方式與脈沖型加載方式下管材成形的模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明脈沖型加載方式可以有效地抑制或消除內(nèi)高壓成形過程中管材的破裂和起皺【10】。Hama 等人用有限元模擬方法證明，脈沖型液壓加載方式對管材內(nèi)高壓成形的影響規(guī)律類似于摩擦系數(shù)的降低。因此，尋找合理的加載方式，比較重要【11】。田仲可開展了薄壁管無模內(nèi)高壓成形的研究, 指出在軸壓偏高而內(nèi)壓相對偏低的情況下，降低內(nèi)壓的增長率有助于抑制皺紋的發(fā)展【12】。李洪洋等人就大變形量臺階軸和方截面空心輕體件的內(nèi)高壓成形進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究【13】。Jae-bong Yang用Pam-stamp有限元軟件模擬汽車轉(zhuǎn)向拉桿預(yù)彎曲、液壓成形的全過程、指出繞彎半徑、芯棒等對管彎曲質(zhì)量影響明顯【14】。Kristoffer Trana用顯示有限元軟件Ls-2Dyna模擬轎車A柱的預(yù)彎曲、預(yù)沖壓和液壓成形全過程，仿真結(jié)果與試驗(yàn)比較表明，要獲得更準(zhǔn)確的管件液壓成形，仿真結(jié)果必須考慮預(yù)成形的影響，并指出芯棒是影響彎曲質(zhì)量的重要因素。呂簌，孫政元研究了薄壁管料自由脹形的最佳加載路徑，在管料的液壓脹形過程中，為了得到較大的脹形比，需要同時(shí)施加一定的軸向壓力，這種軸向壓力和內(nèi)壓的函數(shù)關(guān)系構(gòu)成了加載路徑[15]。
液壓脹形方面的研究文章很多，有關(guān)汽車橋殼方面的研究文獻(xiàn)也比較多。雷麗萍，陳森燦，
研究了汽車后橋殼的液壓脹形工藝及模具設(shè)計(jì)，對汽車后轎殼的液壓脹形工藝的進(jìn)一步完善和發(fā)展提供了一定的基礎(chǔ)[16]。最后，還推測了液壓脹形這種新型的工藝方法和發(fā)展方向。馬偉眾介紹了汽車橋殼零件加工制造方法，指出液壓脹形橋殼比沖壓焊接橋殼強(qiáng)度更高[17]。燕山大學(xué)王連東教授等人對液壓脹形橋殼成形極限、加載路徑做了系統(tǒng)的理論分析，數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究[18,19,20,21]。繪制出液體脹形壓力與管坯壓縮量不同的匹配關(guān)系時(shí)的脹形極限圖。
總結(jié)：基于上面的一些文獻(xiàn)分析和研究，用液壓成形做汽車橋殼，是可行的，并且課題組已經(jīng)試制成功0.75 t汽車橋殼，在前人已經(jīng)做成功的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行，所以本實(shí)驗(yàn)具有必要性和可行性。
3、研究內(nèi)容及方案
(1)學(xué)術(shù)構(gòu)想與思路、主要研究內(nèi)容、擬解決的關(guān)鍵問題及預(yù)期目標(biāo)
1.學(xué)術(shù)構(gòu)想與思路
用有限元軟件ABAQUS模擬管坯一次縮徑、二次縮徑、脹形，確定縮頸工藝。然后在液壓機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到預(yù)成形樣件，對樣件外形和壁厚進(jìn)行分析。最后，通過實(shí)驗(yàn)與模擬的對比，得到比較合理的工藝流程，確定比較好的加載方式和加載路徑，驗(yàn)證模擬正確性。
2. 研究內(nèi)容
a. 確定預(yù)成形管坯縮徑工藝。
b. 確定加載路徑：用液壓脹形方法制造汽車橋殼類制件，脹形量大，加載路徑對成形過程至關(guān)重要。加載路徑合適，則對中間部分補(bǔ)料較多，脹形處壁厚減薄量小，壁厚分布較為均勻;否則有可能出現(xiàn)使脹裂部分過薄，甚至出現(xiàn)脹裂、褶皺、屈曲等缺陷。
c. 研究加載方式對液壓脹形管坯成形性的影響。
3. 解決的關(guān)鍵科學(xué)問題
a. 確定最佳的加載方式。
b. 確定最佳加載路徑。
4. 預(yù)期目標(biāo)
目標(biāo)是：得到壁厚分布合理的預(yù)成形管坯。
(2)擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)施方案及可行性分析
1. 研究方法
a. 用三維建模軟件UG建立管坯和模具的幾何模型。
b. 用ABAQUS進(jìn)行縮徑、脹形、模擬，尋找合理加載方式，控制軸向進(jìn)給和內(nèi)部壓力，以便得到成形效果和壁厚分布較為理想的橋殼。
c. 用無縫鋼管液壓脹形做3.5 t汽車橋殼試驗(yàn)，與仿真結(jié)果對比，驗(yàn)證模擬正確性。
2. 技術(shù)路線
3. 實(shí)施方案
a. 預(yù)成形管坯進(jìn)行一次、二次縮徑模擬。
b. 確定縮頸工藝。
c. 一次脹形、二次脹形模擬。
d. 確定脹形工藝
e. 縮頸、脹形的工藝實(shí)驗(yàn)。分析鋼管脹壓成形工藝過程、成形原理，并通過工藝試驗(yàn)予以修正與完善。
4. 可行性分析
a. 理論方面，已經(jīng)閱讀國內(nèi)外各種與課題相關(guān)的文獻(xiàn)，有一定理論知識，有理論基礎(chǔ)。
b. 軟件模擬方面，通過前期準(zhǔn)備和學(xué)習(xí)，現(xiàn)在，已經(jīng)能夠運(yùn)用有限元分析軟件ABAQUS進(jìn)行縮頸、一次脹形、二次脹形，壓制成形的數(shù)值模擬。
c. 實(shí)驗(yàn)方面，已經(jīng)和生產(chǎn)廠家建立合作關(guān)系，能夠進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，為課題研究提供了可行性。
(3)課題的創(chuàng)新點(diǎn)
研究加載方式對液壓脹形的影響。
4、研究基礎(chǔ)
(1)前期準(zhǔn)備工作
a. 理論準(zhǔn)備：查閱文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)汽車橋殼及其相關(guān)方面的知識;學(xué)習(xí)金屬塑性成形機(jī)理，流動(dòng)規(guī)律，有限元相關(guān)知識等。
b. 學(xué)習(xí)軟件：學(xué)習(xí)UG三維建模軟件，為分析作準(zhǔn)備，學(xué)習(xí)ABAQUS分析軟件，為分析模擬作準(zhǔn)備。
c. 閱讀文獻(xiàn)：查詢與自己研究課題密切相關(guān)的文獻(xiàn)，通過查閱比對，找到自己研究課題實(shí)施的方向和目標(biāo)。
(2)研究條件和實(shí)驗(yàn)條件
課題組具有完善的研究條件，有必要的計(jì)算機(jī)和CAD、CAE軟件。與橋殼生產(chǎn)廠家合作，為試驗(yàn)提供了保障。
5、可能遇到的問題及對策
(1)研究過程中可能遇到的問題、困難
1.理想的成形路徑難以摸索，需要時(shí)間和精力大。
2.理論與實(shí)驗(yàn)的差距，模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在分歧。
3.自我知識和經(jīng)驗(yàn)的欠缺，對問題的分析和判斷有一定局限和誤差。
(2)擬采取的措施
1.通過ABAQUS有限元軟件模擬，尋找合理加載路徑和加載方式，選取較為合適的。
2.需要對比，分析模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在分歧的原因，找出所在，進(jìn)行修改驗(yàn)證。
3.學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，詢問老師，向同學(xué)學(xué)習(xí)等等彌補(bǔ)相關(guān)缺陷。
6、進(jìn)度安排
1.學(xué)習(xí)三維建模軟件UG、CATIA，有限元仿真軟件ANSYS和ABAQUS等。20xx.3-20xx.9
2.閱讀文獻(xiàn) 20xx.9-20xx.11
3.進(jìn)行縮徑、脹形仿真模擬，尋找合理加載方式和加載路徑 20xx.11-20xx.3
4.到廠實(shí)習(xí)，完成與課題相關(guān)的試驗(yàn) 20xx.3-20xx.9
5.總結(jié)以往成果 20xx.9-20xx.12
6. 查閱文獻(xiàn)資料，向老師、同學(xué)學(xué)習(xí)，寫畢業(yè)論文 2013.1-2013.6
7、主要參考文獻(xiàn)
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2 劉唯信.汽車車橋設(shè)計(jì).北京,清華大學(xué)出版社,2004.
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