热卷螺旋钢弹簧成形工序的有限元分析方法
【专利摘要】一种热卷螺旋钢弹簧成形工序的有限元分析方法：1对弹簧成形设备进行简化，建立心轴、咬块、导向轮、加紧轮、收尖轮模型，确定其相对位置，并建立棒料的有限元模型；2定义接触体和接触关系；3定义心轴旋转运动和轴向运动的关系：旋转运动和轴向运动均定义为时间T的函数，将时间参数设定为Ti，在Ti时间段的螺距为Pi，心轴的旋转角度为θ，旋转速度为ω，则心轴旋转运动和轴向运动的运动方程为：；4建立计算并查看结果建立好CAE模型并提交计算，卷制成形后的模型。本方法以虚拟的制造过程代替物理样机的制造过程，用于指导热卷螺旋钢弹簧的卷制成形工艺，提高新产品的试制效率，降低新产品试制成本。本方法适用于模拟任意直径的螺旋圆柱钢弹簧。
【专利说明】热卷螺旋钢弹簧成形工序的有限元分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于属于钢弹簧的虚拟制造技术。螺旋钢弹簧成形工序的设计方法，特别涉及一种热卷螺旋钢弹簧成形工序的有限元分析方法。本方法提供了热卷螺旋圆柱钢弹簧成形(卷簧)工序的模拟分析方法，以虚拟的制造过程代替物理样机的制造过程，用于指导热卷螺旋钢弹簧的卷制成形工艺，提高新产品的试制效率，降低新产品试制成本。本方法适用于模拟任意直径的螺旋圆柱钢弹簧。
技术背景
[0002]在热卷弹簧的生产工艺过程中，热卷弹簧的成形(卷簧)工序是生产工艺过程中重要工序之一。热卷弹簧的成形是利用材料在高温状态下强度低、塑性好的特性，将加热状态下的一根定长尺寸的弹簧棒料(料坯)通过特定方法缠绕在成形心轴(也称芯轴)上，形成螺旋弹簧。通过对心轴的旋转运动与轴向运动之间速度的调节，达到热卷弹簧在成形过程中螺距变化的目的，实现热卷弹簧对变螺距的要求。心轴的旋转运动与轴向运动之间的关系即是数控卷簧机所需要的卷制程序。
[0003]对于物理样机的制作过程是根据经验初定卷制程序，制造物理样机，反复修改卷制程序直至制造出符合性能要求的物理样机。卷制过程中，棒料需要加热到940°C，加热和冷却加热炉造成能源的极大浪费，且不合格的物理样机只能报废。因此，新产品的试制费用极高。所以有必要利用虚拟制造技术，根据卷簧设备的边界条件，利用CAE有限元分析方法模拟弹簧成形过程，在计算机中反复修改卷制程序，待卷制程序合格后再进行物理样机制造。
【发明内容】
[0004]本发明目的是提供一种热卷螺旋钢弹簧成形工序的有限元分析方法，本方法提供了热卷螺旋圆柱钢弹簧成形(卷簧)工序的模拟分析方法，以虚拟的制造过程代替物理样机的制造过程，用于指导热卷螺旋钢弹簧的卷制成形工艺，提高新产品的试制效率，降低新产品试制成本。本方法适用于模拟任意直径的螺旋圆柱钢弹簧。
[0005]本发明的内容:
[0006]一种热卷螺旋钢弹簧成形工序的有限元分析方法，其特征在于:
[0007]I)对弹簧成形设备进行简化，建立心轴、咬块、导向轮、加紧轮、收尖轮模型，确定其相对位置，并建立棒料的有限元模型；
[0008]2)定义接触体和接触关系
[0009]将心轴(xinzhou)、咬块(yao)、导向轮(daoxianglun)、加紧轮(jiajinlun)、收尖轮(shoujianlun)定义为刚体,棒料定义为柔性体,将棒料分为5部分,分别为机头(head)、机尾(end)、弹簧中间部分分为三部分，分别为(M)、(M-1)和(M-2)，在弹簧成形过程中，刚体和柔性体之间的接触关系如下:
[0010]机头(head)和咬块(yao)定义为粘接关系(G),机头(head)和心轴(xinzhou)定义为接触关系(T),机头(head)和导向轮(daoxianglun)定义为接触关系(T)。
[0011]弹簧中间(M-1)和机头(head)定义为粘接关系(G)，弹簧中间(M_l)和心轴(xinzhou)定义为接触关系(T),弹簧中间(M-1)和导向轮(daoxianglun)定义为接触关系⑴。
[0012]弹簧中间(M)和机头(head)定义为接触关系(T)，弹簧中间(M)和心轴(xinzhou)定乂为接触关系(T)，弹黃中间(M)和导向轮(daoxianglun)定乂为接触关系(T),弹黃中间(M)和加紧轮(jiajinlun)定义 为接触关系(T)。
[0013]弹簧中间(M-2)和机尾(end)定义为粘接关系(G)，弹簧中间(M_2)和心轴(xinzhou)定义为接触关系(T),弹簧中间(M-2)和导向轮(daoxianglun)定义为接触关系(T)，弹簧中间(M-2)和加紧轮(jiajinlun)定义为接触关系(T)。
[0014]机尾(end)和弹簧中间(M)定义为接触关系(T)，机尾(end)和弹簧中间(M_2)定义为粘接关系(G),机尾(end)和心轴(xinzhou)定义为接触关系(T),机尾(end)和导向轮(daoxianglun)定义为接触关系(T),机尾(end)和加紧轮(jiajinlun)定义为接触关系⑴。
[0015]3)定义心轴旋转运动和轴向运动的关系:
[0016]旋转运动和轴向运动均定义为时间T的函数，将时间参数设定为1\，在Ti时间段的螺距为Pi,心轴的旋转角度为Θ，旋转速度为ω，则心轴旋转运动和轴向运动的运动方程
【权利要求】
1.一种热卷螺旋钢弹簧成形工序的有限元分析方法，其特征在于: 1)对弹簧成形设备进行简化，建立心轴、咬块、导向轮、加紧轮、收尖轮模型，确定其相对位置，并建立棒料的有限元模型； 2)定义接触体和接触关系: 将心轴、咬块、导向轮、加紧轮、收尖轮定义为刚体，棒料定义为柔性体，将棒料分为5部分，分别为机头、机尾、弹簧中间部分分为三部分，分别为弹簧中间M、弹簧中间M-1和弹簧中间M-2，在弹簧成形过程中，刚体和柔性体之间的接触关系如下: 机头和叹块定乂为粘接关系G,机头和心轴定乂为接触关系T,机头和导向轮定乂为接触关T ； 弹黃中间M-1和机头定乂为粘接关系G,弹黃中间M-1和心轴定乂为接触关系T,弹黃中间M-1和导向轮定义为接触关系T ； 弹黃中间M和机头定乂为接触关系T,弹黃中间M和心轴乂为接触关系T,弹黃中间M和导向轮定乂为接触关系T,弹黃中间M和加紧轮定乂为接触关系T ； 弹黃中间M-2和机尾定乂为粘接关系G,弹黃中间M-2和心轴定乂为接触关系T,弹黃中间M-2和导向轮定义为接触关系T，弹簧中间M-2和加紧轮定义为接触关系T ； 机尾和弹黃中间M定乂为接触关系T,机尾和弹黃中间M-2定乂为粘接关系G,机尾和心轴定义为接触关系T，机尾和导向轮定义为接触关系T，机尾和加紧轮定义为接触关系T ； 3)定义心轴旋转运动和轴向运动的关系: 旋转运动和轴向运动均定义为时间T的函数，将时间参数设定为1\，在Ti时间段的螺距为Pi,心轴的旋转角度为Θ,旋转速度为ω，则心轴旋转运动和轴向运动的运动方程为:
【文档编号】G06F17/50GK104008245SQ201410232699
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】王玉梅, 王军, 问增杰, 邓奎天, 王籼, 赵国亮, 丁元松, 杜国柱, 郝艳丽 申请人:天津机辆轨道交通装备有限责任公司