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                有限元仿真在金屬膨脹密封堵頭上的設計應用

                2025-01-17 14:28

                鴻創公司的金屬膨脹類密封堵頭產品,球漲式堵頭、拉漲式堵頭、螺紋拉漲式堵頭等;已具有10多年的廣泛應用經驗,在工業及行走機械液壓、新能源汽車電驅、智能懸架、線性底盤制動系統、變速器、渦輪增壓器、醫療耗材等有諸多行業應用和經驗。作為本地化、國產自主堵頭的國內核心供應商,鴻創堅持用現代化的設計理念和工具,不斷的打磨產品、優化產品,為客戶提供超過高品質、高性價比的優質產品。

                鴻創公司從產品設計階段,就用專業的仿真軟件去模擬可能存在的問題和風險點,修改設計、樣品試制、實踐驗證,再次優化等等諸多環節去保證高品質的密封堵頭產品,正因為有這樣的精益求精,不斷鉆研,不斷優化產品性能,使得鴻創公司膨脹密封堵頭產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”),是在汽車領域應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堵頭的芯桿相對于襯套運動,驅動芯桿頭部擠入襯套中,芯桿頭部擠壓使襯套產生徑向膨脹的變形,襯套膨脹與工藝孔產生擠壓力,最終在達到預期的密封效果后,芯桿斷裂完成安裝。

                通過對堵頭安裝過程的力學行為分析,總結其關鍵特性如下:

                a)芯桿頭部與襯套的過盈量;

                b)斷頸槽的直徑;

                c)材料強度與尺寸的匹配關系。

                 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算的方式,在固定材料特性的前提下,對堵頭的關鍵尺寸進行計算,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

                 

                因襯套的內徑和芯桿頭部的外徑都會影響裝配時的過盈量,本次仿真時固定芯桿頭部尺寸不變,調整襯套內孔來實現不同的過盈量,計算方案見表1。通過仿真計算,獲得能夠使芯桿拉裝到位時的最大過盈量,作為產品公差設計的依據。


                 

                表1 仿真過盈量選取方案

                 

                 

                 

                 


                 

                 

                03幾何模型

                 

                本次計算選取RL100型號堵頭進行計算,其襯套外徑為10.0。使用制圖軟件建立三維模型,為獲得較準確的仿真結果,這里使用Hypermesh建立網格模型,然后導入Abaqus中進行仿真計算。三維模型和網格模型見圖3.1所示。

                 

                 

                 

                 

                 

                圖3.1 堵頭三維模型和網格模型

                 

                04材料模型

                 

                芯桿和襯套材料的應力—應變曲線見圖4.1,仿真過程將工程應力應變換算成真實應力應變。

                 

                 

                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結構,以模擬真實的裝配狀態。固定鉚槍和孔,拉動芯桿的防滑槽位置,直到芯桿斷裂。

                 

                圖5.1 邊界條件示意

                 

                 

                06仿真結果分析

                 

                 

                6.1拉斷力

                仿真可以計算出整個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,同時可以為斷頸槽的尺寸設計提供依據。

                圖6.1 裝配過程中的拉斷力與位移的關系


                 

                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,據此可以判定堵頭的密封性能,并計算出每種堵頭所適應的最小孔壁厚度,孔壓力和孔壁位移見圖6.2所示。

                 

                 

                圖6.2 孔壁壓力和位移計算結果


                 

                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,分別對不同過盈量的模型進行仿真,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 裝配仿真結果


                 

                結論:對比仿真結果,t與過盈量的的關系見圖6.4,對比產品幾何尺寸及仿真結果,當過盈量約為0.3時,可以獲得最佳的裝配效果。

                圖6.4 過盈量與t尺寸的關系

                 

                 

                【如何咨詢購買封堵類產品?】寧波鴻創公司網站地址:http://www.hljsongze.cn/cn;可在網站上瀏覽各類封堵產品的型號,應用等,如果需要,可直接聯系技術工程師,工程師根據客戶的需求,推薦最具性價比和提供最優封堵解決方案;總之,在國內,遇到封堵問題,就找鴻創,鴻創給您提供整套封堵解決方案;鴻創也是目前國內規模較大,產品較全的一家專業性公司。

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