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有限元仿真在金屬膨脹密封堵頭上的設(shè)計(jì)應(yīng)用

2025-01-17 14:28

鴻創(chuàng)公司的金屬膨脹類密封堵頭產(chǎn)品,球漲式堵頭、拉漲式堵頭、螺紋拉漲式堵頭等;已具有10多年的廣泛應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),在工業(yè)及行走機(jī)械液壓、新能源汽車電驅(qū)、智能懸架、線性底盤制動(dòng)系統(tǒng)、變速器、渦輪增壓器、醫(yī)療耗材等有諸多行業(yè)應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)。作為本地化、國產(chǎn)自主堵頭的國內(nèi)核心供應(yīng)商,鴻創(chuàng)堅(jiān)持用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)理念和工具,不斷的打磨產(chǎn)品、優(yōu)化產(chǎn)品,為客戶提供超過高品質(zhì)、高性價(jià)比的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

鴻創(chuàng)公司從產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段,就用專業(yè)的仿真軟件去模擬可能存在的問題和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),修改設(shè)計(jì)、樣品試制、實(shí)踐驗(yàn)證,再次優(yōu)化等等諸多環(huán)節(jié)去保證高品質(zhì)的密封堵頭產(chǎn)品,正因?yàn)橛羞@樣的精益求精,不斷鉆研,不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能,使得鴻創(chuàng)公司膨脹密封堵頭產(chǎn)品越來越多的讓客戶信任和滿意。

 

01背景和目的

 

金屬拉脹式密封堵頭(以下簡稱“堵頭”),是在汽車領(lǐng)域應(yīng)用特別廣泛的一類工藝孔封堵方案(見圖1.1)。其裝配原理是用專用工具拉動(dòng)堵頭的芯桿相對(duì)于襯套運(yùn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)芯桿頭部擠入襯套中,芯桿頭部擠壓使襯套產(chǎn)生徑向膨脹的變形,襯套膨脹與工藝孔產(chǎn)生擠壓力,最終在達(dá)到預(yù)期的密封效果后,芯桿斷裂完成安裝。

通過對(duì)堵頭安裝過程的力學(xué)行為分析,總結(jié)其關(guān)鍵特性如下:

a)芯桿頭部與襯套的過盈量;

b)斷頸槽的直徑;

c)材料強(qiáng)度與尺寸的匹配關(guān)系。

 RL系列(額定壓力60bar)

RLC系列(額定壓力60bar)

 RS系列(額定壓力500bar)

 


 

 

本期文章通過采用有限元仿真計(jì)算的方式,在固定材料特性的前提下,對(duì)堵頭的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行計(jì)算,模擬裝配過程,以確定能夠使堵頭裝配到位的最佳方案。

 

02仿真思路

 

因襯套的內(nèi)徑和芯桿頭部的外徑都會(huì)影響裝配時(shí)的過盈量,本次仿真時(shí)固定芯桿頭部尺寸不變,調(diào)整襯套內(nèi)孔來實(shí)現(xiàn)不同的過盈量,計(jì)算方案見表1。通過仿真計(jì)算,獲得能夠使芯桿拉裝到位時(shí)的最大過盈量,作為產(chǎn)品公差設(shè)計(jì)的依據(jù)。


 

表1 仿真過盈量選取方案

 

 

 

 


 

 

03幾何模型

 

本次計(jì)算選取RL100型號(hào)堵頭進(jìn)行計(jì)算,其襯套外徑為10.0。使用制圖軟件建立三維模型,為獲得較準(zhǔn)確的仿真結(jié)果,這里使用Hypermesh建立網(wǎng)格模型,然后導(dǎo)入Abaqus中進(jìn)行仿真計(jì)算。三維模型和網(wǎng)格模型見圖3.1所示。

 

 

 

 

 

圖3.1 堵頭三維模型和網(wǎng)格模型

 

04材料模型

 

芯桿和襯套材料的應(yīng)力—應(yīng)變曲線見圖4.1,仿真過程將工程應(yīng)力應(yīng)變換算成真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變。

 

 

圖4.1芯桿和襯套的材料模型

 

 

 

05邊界條件

 

在仿真模型中增加工藝孔和鉚槍鼻嘴兩個(gè)結(jié)構(gòu),以模擬真實(shí)的裝配狀態(tài)。固定鉚槍和孔,拉動(dòng)芯桿的防滑槽位置,直到芯桿斷裂。

 

圖5.1 邊界條件示意

 

 

06仿真結(jié)果分析

 

 

6.1拉斷力

仿真可以計(jì)算出整個(gè)拉鉚過程中的拉斷力,見圖6.1所示。拉斷力為顧客選擇適宜的鉚槍提供依據(jù),同時(shí)可以為斷頸槽的尺寸設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖6.1 裝配過程中的拉斷力與位移的關(guān)系


 

6.2安裝孔所受壓力

安裝孔所受壓力是影響密封性能和孔的承載能力的重要指標(biāo),據(jù)此可以判定堵頭的密封性能,并計(jì)算出每種堵頭所適應(yīng)的最小孔壁厚度,孔壓力和孔壁位移見圖6.2所示。

 

 

圖6.2 孔壁壓力和位移計(jì)算結(jié)果


 

6.3提供能夠使鉚釘裝配到位的最佳過盈量

見圖6.3所示,分別對(duì)不同過盈量的模型進(jìn)行仿真,然后查看不同過盈量下的t尺寸,來判定芯桿頭部是否拉鉚到位。

 

 

圖6.3 裝配仿真結(jié)果


 

結(jié)論:對(duì)比仿真結(jié)果,t與過盈量的的關(guān)系見圖6.4,對(duì)比產(chǎn)品幾何尺寸及仿真結(jié)果,當(dāng)過盈量約為0.3時(shí),可以獲得最佳的裝配效果。

圖6.4 過盈量與t尺寸的關(guān)系

 

 

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