[发明专利]双层圆挤压筒过盈量参数化设计方法

说明书

技术领域

本发明是一种双层圆挤压筒内外衬尺寸参数化设计方法，尤其涉及双层圆挤压筒过盈装配和挤压时的计算和模拟，为挤压筒的内外衬厚度和过盈量选择提供参考依据。

背景技术

挤压过程是高温高压高摩擦过程，挤压工模具设计与制造是铝合金型材挤压生产的关键技术，不仅影响产品质量、生产效率和交货周期，而且也是决定生产成本的重要因素之一。

挤压筒属于挤压工具中最昂贵的大型消耗件。双层挤压筒过盈组合套装能有效减小应力峰值，提高挤压筒的耐用性。因此，过盈量的合理选择，成为挤压工具设计的重要参数，也是设计难点。过盈量过小，不足以降低合成拉应力值；过大会使衬套产生塑性变形和更换内衬套的困难。过盈值选择适当可使挤压筒寿命提高3-4倍，大大降低生产成本。

目前，双层圆挤压筒过盈量大小设计的主要方法有两种。一种是理论计算结合个人经验确定参数，再进行强度校核方法；另一种是采用有限元软件模拟分析的方法。

理论法主要是先根据传统经验公式确定各层的厚度，再通过挤压力计算出最小过盈量，通过理论进行强度校核。这种方法优点是直观，直接根据公式结合设计者的经验，设定过盈参数。缺点是与设计者的阅历和经验有关，不确定因素大，容易造成损失。

有限元法是一种先进的设计方法，是现在设计部门普遍采用的方法，计算结果精确。缺点是有限元软件的每次计算都要先建立一次模型进行分析，但其对参数的选定带有盲目性，造成设时间的浪费，使所选参数分析的结果缺乏预见性。

发明内容

本发明的提出，旨在克服现有挤压筒过盈量参数设计方法中的不确定因素、计算量大、不易掌握和耗费大量劳动力和设计时间的缺点，提出了一种参数化设计方法，将理论法和有限元法通过编程合二为一，采用经典弹性力学的计算公式进行初步计算，并将合理的计算结果作参数，利用有限元分析法验证，对比两次分析的结果，最终确定过盈量的大小。从而节省人力和时间，提高了设计参数的合理性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双层圆挤压筒过盈量参数化设计方法，包括在公知计算机上装入《双层圆挤压筒过盈量参数化计算和模拟软件.exe》的步骤，其特征在于：设计过程包括下述步骤：

(1)打开所述软件，在弹出的《双层圆挤压筒过盈量参数化计算系统》界面上点击“进入计算”按钮，进入计算；

(2)输入计算需要的参数，包括公称压力、弹性模量、内外衬套初始尺寸，得出装配和挤压两种状态的分层半径、装配压力、各层的应力值大小；

(3)理论计算装配应力，在传统分层半径公式、拉梅公式基础上，假设挤压筒为全弹性状态、符合小变形、线弹性本构方程、满足叠加原理的条件下，根据推理公式先求得两层之间的套装压力状态，再将只有内压而无过盈的挤压筒应力状态与套装压力状态进行叠加，求得挤压筒套装后任意位置的等效应力；

(4)将在过盈加压时的内衬内侧的挤压筒应力略大于外衬内侧应力的情况判断结果为合理，确认为最佳优选参数；若计算结果判断为不合理，则返回步骤(2)；

(5)点击进入“有限元模拟”按钮，进入有限元分析结果界面，建立过Z轴的平面，在平面上进行网格划分，划分径向和轴向网格；

(6)定义弹性材料、杨氏模量，施加到所有面单元；

(7)定义接触，设定过盈分析；

(8)选中内衬侧面单元施加内压，绕轴线旋转，得到三维模型；

(9)设置计算工况，第一工况为过盈装配，第二工况为加内压；

(10)设置计算参数，提交分析，判断结果是否合理，若不合理，则返回步骤(2)；

(11)保存Mises应力图片和曲线结果；

(12)点击“结束”按钮，退出系统。

与现有技术相比较，本发明的优点在于：

将理论计算和有限元方法的计算过程进行编程，使用者只要打开编好的软件输入数值，就可以找到最佳的设计参数，使用起来方便、快捷、准确。缩短设计周期，提高了设备的设计水平，为设计合理耐用的挤压筒提供直接依据。

附图说明

本发明有附图4幅，其中：

图1是本发明软件使用流程图。

图2是本发明软件界面。

图3是本发明软件理论计算界面。

图4是本发明软件有限元计算结果界面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。