一种浮动支撑摩擦片加工变形预测方法技术

本发明专利技术涉及一种浮动支撑摩擦片加工变形预测方法，属于车辆传动关键零部件变形预测领域。本发明专利技术为了克服摩擦片插齿加工的切削力、切削温度难以进行常规测量，通过ANSYS建立摩擦片毛坯模型和齿部结构模型，并进行摩擦片的淬火仿真，在AdvantEdge中仿真获得切削力，并在ANSYS中设置切削力等加工条件，使用ANSYS进行插齿加工仿真。通过对插齿加工进行仿真分析，模拟了摩擦片全齿加工过程并获得了加工后的摩擦片变形，实现了车辆传动关键零部件加工过程的模拟和加工变形的预测，仿真结果可以对实际生产具有指导作用，通过仿真节省大量的人力、物力和财力。

【技术实现步骤摘要】
一种浮动支撑摩擦片加工变形预测方法
本专利技术属于车辆传动关键零部件变形预测领域，具体涉及一种浮动支撑摩擦片加工变形预测方法。
技术介绍
浮动支撑摩擦片是实现传动系统档位切换和功率传递的关键基础件，具有相对转速高、结构紧凑、传递功率大等特点在各种汽车以及工程车辆上广泛使用。由于摩擦片的工作环境严酷，冲击载荷具有高非线性、强度大等特点，摩擦片极易出现断裂、齿部变形等问题，其表面特征显著影响摩擦片疲劳断裂寿命。摩擦片内齿为渐开线圆柱内啮合花键，常用的加工方法有插齿、滚齿等。然而，插齿加工是大应变、高应变率、高温下的切削运动，并且由于其刀-件运动相对复杂，故切削力、切削温度难以如车削、铣削等方式进行常规测量。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种浮动支撑摩擦片加工变形预测方法，能够在实际加工之前对插齿加工产生的变形进行较为精准的预测，仿真结果可以对实际生产具有指导作用，通过仿真节省大量的人力、物力和财力。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种浮动支撑摩擦片加工变形预测方法，该方法包括如下步骤：1)使用有限元软件ANSYS建立摩擦片毛坯模型和齿部结构模型；2)使用ANSYS进行摩擦片的淬火仿真；3)应用AdvantEdge软件求解切削力，在ANSYS中设置加工条件，并使用ANSYS进行插齿加工仿真；4)对ANSYS的插齿加工仿真结果进行分析。进一步地，所述步骤1)具体包括：向ANSYS中导入CAD软件设计的三维实体模型，经布尔处理得到摩擦片毛坯模型和要插掉的齿部结构模型；向摩擦片毛坯模型和齿部结构模型赋予材料属性并划分网格。进一步地，所述要插掉的齿部结构模型为122个齿部结构模型。进一步地，在划分网格时，为了准确研究插齿部位这一重点区域，齿部结构网格相比摩擦片毛坯的网格更为密集。进一步地，所述步骤2)的具体包括：设置不同时间段内摩擦片表面的换热系数大小以仿真摩擦片的热处理工艺，可求得不同时间点的温度、应力和变形结果。进一步地，所述步骤3)具体包括：考虑所述步骤2)的淬火仿真过程的热处理工艺引入的应力和变形，将所述摩擦片毛坯外周固定，以有限元软件AdvantEdge求得稳定后的切削力施加到要插掉的齿部结构表面模拟插齿加工。进一步地，所述有限元软件AdvantEdge求得稳定后的切削力的过程是基于弹塑性变形理论通过AdvantEdgeFEM的二维拉削模型来模拟单次冲程下切削的过程，具体包括：在AdvantEdgeFEM的二维拉削模型中，采用Johnson-Cook本构模型，设置切削条件；提交当前仿真任务进行摩擦片单齿插齿仿真模拟，获得切削力与切削温度的仿真结果。进一步地，所述切削条件包括摩擦片材料的基本物理属性及热物理属性、切削刀具的基本参数、合适的边界约束条件、以及切削过程中的切削基本参数。进一步地，所述切削条件包括AdvantEdge材料库中的HSS-Co-M35刀具，表面具有厚度5μm的TiN涂层，刀—屑间摩擦系数为0.5。进一步地，所述步骤4)具体包括：对所述步骤3)插齿加工仿真得到的变形云图进行分析，得到摩擦片加工过程中的温度分布、应力分布和变形分布，从而对摩擦片插齿加工产生的变形进行较为精准的预测。(三)有益效果本专利技术的浮动支撑摩擦片加工变形预测方法应用多个有限元数值仿真模型对浮动支撑摩擦片插齿加工过程进行仿真，通过ANSYS建立摩擦片毛坯模型和齿部结构模型，并进行摩擦片的淬火仿真，在AdvantEdge中仿真获得切削力，并在ANSYS中设置切削力等加工条件，使用ANSYS进行插齿加工仿真，通过对插齿加工仿真结果进行分析，模拟了摩擦片全齿加工过程并获得了加工后的摩擦片变形，实现了车辆传动关键零部件加工过程的模拟和加工变形的预测，仿真结果可以对实际生产具有指导作用，通过仿真节省大量的人力、物力和财力。附图说明图1为本专利技术浮动支撑摩擦片加工变形预测方法的流程图；图2为本专利技术插齿加工过程简化的二维拉削模型；图3为本专利技术插齿加工过程的刀具参数设置；图4为本专利技术插齿加工过程的切削参数设置；图5为本专利技术AdvantEdge建模结果；图6为本专利技术使用AdvantEdge进行摩擦片单齿插齿仿真获得的仿真结果；图7为为本专利技术划分网格后的摩擦片模型；图8为本专利技术对摩擦片热处理时温度分布及最高温度随时间变化曲线；图9为本专利技术对摩擦片进行插齿加工过程得到的正面轴向变形云图；图10为本专利技术对摩擦片进行插齿加工过程得到的底面轴向变形云图；图11为本专利技术对摩擦片进行插齿加工过程得到的齿部轴向变形放大云图；图12为本专利技术对摩擦片进行插齿加工过程得到的正面齿顶处轴向变形图；图13为本专利技术对摩擦片进行插齿加工过程得到的底面齿顶处轴向变形图；具体实施方式为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本专利从切削加工的实质出发，对其进行三维模型到二维模型转化，并对其刀-件接触过程进行仿真，从而获取加工变形中的几何特征、物理参数等，总结相关工艺参数对其物理特征的影响规律，这对制定合理、高效的插齿工艺具有重要的借鉴意义。插齿加工过程可分解为插齿往复运动、插齿刀旋转运动、径向进给运动、让刀运动和回转运动。对于一次插齿往复运动，实际切削过程为向下运动，这也是将金属去除的重要步骤，因此切削仿真主要考虑该过程，向上的空程运动以及其余运动均暂不考虑。由于在单次切削过程中，刀具与工件的相对运动形式为直线运动，因此该过程近似于拉削，两者的区别在于：切削为垂直方向上进行，拉削为水平方向，但刀-件的相对位置以及相对运动是一致的。此外，对于标准的直齿插齿刀，其结构上的每个刀齿上有三个切削刃：一条顶刃、两条侧刃，实际切削过程中，三个切削刃均参与金属去除过程，切削去除量主要部分在侧边。故基于弹塑性变形理论通过AdvantEdgeFEM的二维拉削模型来模拟单次冲程下的切削过程，模型简化示意图如图2所示。如图5所示为本专利技术AdvantEdge建模结果。在AdvantEdgeFEM的二维拉削模型中，采用Johnson-Cook本构模型，设置切削条件，切削条件包括摩擦片材料的基本物理属性及热物理属性、切削刀具的基本参数、合适的边界约束条件、以及切削过程中的切削基本参数，如图3和图4所示。刀具选用AdvantEdge材料库中的HSS-Co-M35，表面具有厚度5μm的TiN涂层。刀—屑间摩擦系数为0.5，添加切削液后提交当前仿真任务进行摩擦片单齿插齿仿真模拟，获得的仿真结果，如图6所示为AdvantEdge仿真得到的切削力与切削温度等物理参数的仿真结果。该仿真结果可被用于有限元软件ANSYS中插齿加工仿真的加工条件。如图1所示为本专利技术的浮动支撑摩擦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浮动支撑摩擦片加工变形预测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：/n1)使用有限元软件ANSYS建立摩擦片毛坯模型和齿部结构模型；/n2)使用ANSYS进行摩擦片的淬火仿真；/n3)应用AdvantEdge软件求解切削力，在ANSYS中设置加工条件，并使用ANSYS进行插齿加工仿真。/n4)对ANSYS的插齿加工仿真结果进行分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种浮动支撑摩擦片加工变形预测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
1)使用有限元软件ANSYS建立摩擦片毛坯模型和齿部结构模型；
2)使用ANSYS进行摩擦片的淬火仿真；
3)应用AdvantEdge软件求解切削力，在ANSYS中设置加工条件，并使用ANSYS进行插齿加工仿真。
4)对ANSYS的插齿加工仿真结果进行分析。


2.如权利要求1所述的浮动支撑摩擦片加工变形预测方法，其特征在于：所述步骤1)具体包括：
向ANSYS中导入CAD软件设计的三维实体模型，经布尔处理得到摩擦片毛坯模型和要插掉的齿部结构模型；
向摩擦片毛坯模型和齿部结构模型赋予材料属性并划分网格。


3.如权利要求2所述的浮动支撑摩擦片加工变形预测方法，其特征在于：所述要插掉的齿部结构模型为122个齿部结构模型。


4.如权利要求2所述的浮动支撑摩擦片加工变形预测方法，其特征在于：在划分网格时，为了准确研究插齿部位这一重点区域，齿部结构网格相比摩擦片毛坯的网格更为密集。


5.如权利要求1所述的浮动支撑摩擦片加工变形预测方法，其特征在于：所述步骤2)的具体包括：设置不同时间段内摩擦片表面的换热系数大小以仿真摩擦片的热处理工艺，可求得不同时间点的温度、应力和变形结果。


6.如权利要求1、2或5所述的浮动支撑摩擦片加工变形预测方法，其特征在于：所述步骤3)具体包括：考虑所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡铮，高翰君，汪银风，庞惠仁，张万昊，王志勇，韩明，宁克焱，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11