变壁厚密封圈旋压成形的有限元分析
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第 ２ 卷 第 ６期 ｌ ２０ ０ ８年 １ ２月
机械研 究与应用
ＭＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＆ ＡＰ ＰＵ ＣＡＴＩ ＯＮ
Ｖｏ Ｎｏ６ ｌ ２１
２ ｏ １ ０ ８．２
变 壁 厚 密 封 圈旋 压 成 形 的有 限元 分 析
孟艳梅 李灵凤 ，
（． １大红鹰学院 浙江 宁波 ３ ５７ ； ． 山大学， １１５ ２ 燕 河北 秦皇岛 ０ ６０ ） ６０ ４
密封圈尺 寸如 图 １ 所示 ， 建立 的数值模 拟三维 有
限元模 型如 图 ２所示 ， 以很 好 的模拟 出曲母 线形 件 可
的 ， 元在显式动力单元 中选取 ， Ａ Ｓ ＳＬ 单 在 Ｎ Ｙ ／ Ｓ—Ｄ — Ｙ Ｎ Ａ模 块 中， 显 式块 单元 和显 式 壳单 元 两 种 类 型 。 有 本 文中 ， 坯料 采 用 显 式 块单 元 Ｓｌ １４ 该 单 元 为 ８ ｏｉ ６ ， ｄ 节点 ６面体单元 。在显示 动力分析 中 ， 积分点 的个 数
能力 ） 以避免网格再划分 ， ， 又必 须有 一定 的柔性 （ 良 好 的变形 特性 ） 以便准 确 的模拟 金属 的塑 性变形 情 ， 况， 还必须具 有较高 的求解精 度 。
Ｄ
术分析技 巧 ， 将模 拟过 程 中的ห้องสมุดไป่ตู้ 多现 象进 行 分析 ， 为
以后 的研究 和生产 提供参考 。
２ 单元 设 置
单元类 型 的选 择 是影 响成 形模 拟精 度 的 主要 因 素之一 。优 良的单元 既要 有 一 定 的 刚性 （ 畸 变 的 抗
收 稿 日期 ：ｏ ８一 ８一 ４ ２ ０ Ｏ ｏ
对一些 相关 因素 进行必要 的假设和简化 ， 以便于模 拟
的顺利 进行 … 。
中更 加有效 。在 Ａ Ｓ Ｓ中采用 简化积分单元 会 出现 ＮＹ 零 能模式 ， 即沙漏 。沙漏模 式导致一 种在数学上是稳 定的， 但在物理上是 不 可能 的状 态 ， 们通 常 没有 刚 它
度 ， 形呈现锯齿形 网格 。沙漏 的出现可能导致结果 变
计算 也是通过 编程计算 机 自动完成 。编写时 ， 先要 首
计算 工件 的体 积 ， 因为旋 压加工是少切 削无废料 的加
图 ２ 几何模型图
工 ， 工件 的体积 和坯 料体 积基 本 上相 符 ， 以坯 成形 所
料的体积计算取 决于旋 压工件体积 的计算 。 模 拟 过程 是 在 Ａ Ｓ Ｓ Ｌ Ｎ Ｙ ／ Ｓ—Ｄ Ｎ Ｙ Ａ模 块 中进 行
强力 旋压加工 在 航空 航天 、 车 、 舶制 造 等工 汽 船
业 中应用 十分广 泛 ， 对成形技术 和质量 的要求 越来越 高 。但是 ， 由于变 壁厚 件成 形具 有非 线 性特 点 ， 变形 的理论研究 进展 比较 缓慢 。近年来 ， 随着计算 机技术 的发展 ， 各种有 限元计算 方法在 材料变形研究 中也得 到 了广泛应 用 ， 文利用 Ａ Ｓ Ｓ软件 ， 本 ＮＹ 加以适 当的技
Ａｂ ｔａ ｔ Ｅ ｈ ｓｂ ｅ ｓ ｄ ｔ ｉ ｌ ｔ ｎ ｎ ｌ ｚ ｈ ｏｍｉ ｇｐ ｒｅ ｓｏ ａｙｎ ｉ ｋ ｅ ｓｇａ ｄ ｈ ｉ ｒ ｕ ｉｎ ｒｌ ｓｏ ｓｒ ｃ ：Ｆ Ｍ ａ ｅ ｎ ｕ ｅ ｓ ｏ ｍｕ ａｅ ａ ｄ ａ ａ ｅｔ ｅｆ ｒ ｎ ｅｃ ｓ ｆ ｒ ｉ ｇｔ ｃ ｎ ｓ ｌ ｎ ．Ｔ ｅｄ ｓ ｉ ｔ ｕｅ ｆ ｙ ｖ ｈ ｔｂ ｏ
图 １ 密封圈尺寸 图
１ 有 限元模 型 建 立
本文 中用 来模 拟密封 圈旋压 成形 的实 体 模 型包 括 ３部分 ： 坯料 、 旋轮 和芯模 （ 外模 ） 。坯 料为 薄壁 筒 形坯 ， 在建立 三维模 型 时是 完全参 数 化建 模 ， 通过 工 件的尺寸确定 芯模 和坯 料变形 的减 薄率 ， 坯料尺 寸 的
摘 要： 利用有限元计算方法对变壁厚密封 圈旋 压成 形过程进行 了模拟分析 ， 得到成形过 程中的应力、 应变 、 旋压力
的分 布 规 律 。
关键词 ： 变壁厚密封圈； 强力旋压 ； 数值模拟
中 图分 类 号 ：２ ４４ Ｕ １ ．１ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０７— Ｊ ４ ２０ ）６— １５— ３ １０ ４ １ （０ ８ Ｏ ０ ０ ０ ４
与 Ｃ Ｕ时 间成 正 比 ， Ｐ 所有 的显示 动 力单 元 缺省 为 简 化 积分 ， 了节 省 Ｃ Ｕ时间 ， 除 Ｐ 单点 积分在 大变形分 析
的旋压 成形过程 。在实 际加工 中 ， 在夹紧装置 的 坯料 固定下 随芯模旋 转 ， 同时旋 轮在坯料 内部 作轴 向和径 向进 给运动 ， 限元建 模 时将 按 照实 际 的工 艺 条件 ， 有
ｓｒ ｓ ｔａｎ ａ ｄ ｐｉｎ ｎ ｏ ｃ ｎ ｓ ｐ ｎ ａ ｅ ｂ ｅ ｂ ａｎ ｄ． ｔｅ ｓｓｒｉ ｎ ｓ ｎ ｉ ｇ ｆｒ ｅ ｉ ｈａ ｉ ｇ ｈ ｖ ｅ ｎ ｏ ｔ ｅ ｉ
Ｋｅ ｏｄ ： ａ ｉｇｔ ｃ ｅｓ ａｄ Ｆ ｒ ｉ ｉｇ Ｆ Ｍ ｙｗ ｒ ｓ ｖｒ ｎ ｉ ｓ ｇ ｎ ； ｏ ｅｓ ｎ ｎ ； Ｅ ｙ ｈｋ ｎ ｌ ｃ ｐｎ
Ｆｉ ｉｅ ｅｅ ｎ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｏ ｍｉ ｇ ｐｒ ｃ ｓ ｆｖ ｒ ｉ ｇ ｔ ｉ ｋ ｓ ｌ ｎｄ ｎ ｔ ｌｍｅ ｔｓｍ ｌ ｔｏ ｆｔ ｅ ｆ ｒ ｎ ｏ ｅｓ ｏ ａ ｙ ｎ ｈ ｃ ｎｅ ｓｇ ａ
Ｍ ｅ ｇ Ｙａ — ｍｅ ，ＬｉＬ ｎ —ｆｎ ｎ ｎ ｉ ｉｇ ｅｇ
（． ａｏｇ ｉ ｌｇ ， ｉ ｂ ｈ ｉ ｇ １ １５ ｈ ａ ２ Ｙｎｈ ｎｕｉ ｒｔ，ｉｈａｇａ ｅｅ ０ ６０ ，Ｃ ｉ ） １Ｄ ｈ ｎｙｎ ｃ ｌ ｅ Ｎｎ ｏＺ ｅａ ３ ５７ ，Ｃ ｉ ； ． ａｓａ ｎ ｅｓｙ ｑｎｕｎ ｄｏＨ ｂｉ ６ ０４ ｈ ｇ ｏｅ ｇ ｊｎ ｎ ｖ ｉ ａ ｎ
机械研 究与应用
ＭＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＆ ＡＰ ＰＵ ＣＡＴＩ ＯＮ
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变 壁 厚 密 封 圈旋 压 成 形 的有 限元 分 析
孟艳梅 李灵凤 ，
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密封圈尺 寸如 图 １ 所示 ， 建立 的数值模 拟三维 有
限元模 型如 图 ２所示 ， 以很 好 的模拟 出曲母 线形 件 可
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２ 单元 设 置
单元类 型 的选 择 是影 响成 形模 拟精 度 的 主要 因 素之一 。优 良的单元 既要 有 一 定 的 刚性 （ 畸 变 的 抗
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计算 也是通过 编程计算 机 自动完成 。编写时 ， 先要 首
计算 工件 的体 积 ， 因为旋 压加工是少切 削无废料 的加
图 ２ 几何模型图
工 ， 工件 的体积 和坯 料体 积基 本 上相 符 ， 以坯 成形 所
料的体积计算取 决于旋 压工件体积 的计算 。 模 拟 过程 是 在 Ａ Ｓ Ｓ Ｌ Ｎ Ｙ ／ Ｓ—Ｄ Ｎ Ｙ Ａ模 块 中进 行
强力 旋压加工 在 航空 航天 、 车 、 舶制 造 等工 汽 船
业 中应用 十分广 泛 ， 对成形技术 和质量 的要求 越来越 高 。但是 ， 由于变 壁厚 件成 形具 有非 线 性特 点 ， 变形 的理论研究 进展 比较 缓慢 。近年来 ， 随着计算 机技术 的发展 ， 各种有 限元计算 方法在 材料变形研究 中也得 到 了广泛应 用 ， 文利用 Ａ Ｓ Ｓ软件 ， 本 ＮＹ 加以适 当的技
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１ 有 限元模 型 建 立
本文 中用 来模 拟密封 圈旋压 成形 的实 体 模 型包 括 ３部分 ： 坯料 、 旋轮 和芯模 （ 外模 ） 。坯 料为 薄壁 筒 形坯 ， 在建立 三维模 型 时是 完全参 数 化建 模 ， 通过 工 件的尺寸确定 芯模 和坯 料变形 的减 薄率 ， 坯料尺 寸 的
摘 要： 利用有限元计算方法对变壁厚密封 圈旋 压成 形过程进行 了模拟分析 ， 得到成形过 程中的应力、 应变 、 旋压力
的分 布 规 律 。
关键词 ： 变壁厚密封圈； 强力旋压 ； 数值模拟
中 图分 类 号 ：２ ４４ Ｕ １ ．１ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０７— Ｊ ４ ２０ ）６— １５— ３ １０ ４ １ （０ ８ Ｏ ０ ０ ０ ４
与 Ｃ Ｕ时 间成 正 比 ， Ｐ 所有 的显示 动 力单 元 缺省 为 简 化 积分 ， 了节 省 Ｃ Ｕ时间 ， 除 Ｐ 单点 积分在 大变形分 析
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