有限元仿真在金屬膨脹密封堵頭上的設(shè)計應(yīng)用

鴻創(chuàng)公司的金屬膨脹類密封堵頭產(chǎn)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(yīng)用經(jīng)驗，在工業(yè)及行走機械液壓、新能源汽車電驅(qū)、智能懸架、線性底盤制動系統(tǒng)、變速器、渦輪增壓器、醫(yī)療耗材等有諸多行業(yè)應(yīng)用和經(jīng)驗。作為本地化、國產(chǎn)自主堵頭的國內(nèi)核心供應(yīng)商，鴻創(chuàng)堅持用現(xiàn)代化的設(shè)計理念和工具，不斷的打磨產(chǎn)品、優(yōu)化產(chǎn)品，為客戶提供超過高品質(zhì)、高性價比的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

鴻創(chuàng)公司從產(chǎn)品設(shè)計階段，就用專業(yè)的仿真軟件去模擬可能存在的問題和風(fēng)險點，修改設(shè)計、樣品試制、實踐驗證，再次優(yōu)化等等諸多環(huán)節(jié)去保證高品質(zhì)的密封堵頭產(chǎn)品，正因為有這樣的精益求精，不斷鉆研，不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能，使得鴻創(chuàng)公司膨脹密封堵頭產(chǎn)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(lǐng)域應(yīng)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(qū)動芯桿頭部擠入襯套中，芯桿頭部擠壓使襯套產(chǎn)生徑向膨脹的變形，襯套膨脹與工藝孔產(chǎn)生擠壓力，最終在達到預(yù)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(xué)行為分析，總結(jié)其關(guān)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(guān)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(guān)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(nèi)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(diào)整襯套內(nèi)孔來實現(xiàn)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(chǎn)品公差設(shè)計的依據(jù)。

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(jié)果，這里使用Hypermesh建立網(wǎng)格模型，然后導(dǎo)入Abaqus中進行仿真計算。三維模型和網(wǎng)格模型見圖3.1所示。

圖3.1 堵頭三維模型和網(wǎng)格模型

04材料模型

芯桿和襯套材料的應(yīng)力—應(yīng)變曲線見圖4.1，仿真過程將工程應(yīng)力應(yīng)變換算成真實應(yīng)力應(yīng)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(jié)構(gòu)，以模擬真實的裝配狀態(tài)。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(jié)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(jù)，同時可以為斷頸槽的尺寸設(shè)計提供依據(jù)。

圖6.1 裝配過程中的拉斷力與位移的關(guān)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(jù)此可以判定堵頭的密封性能，并計算出每種堵頭所適應(yīng)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(jié)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(jié)果

結(jié)論：對比仿真結(jié)果，t與過盈量的的關(guān)系見圖6.4，對比產(chǎn)品幾何尺寸及仿真結(jié)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(guān)系

【如何咨詢購買封堵類產(chǎn)品？】寧波鴻創(chuàng)公司網(wǎng)站地址：http://www.yixindoors.cn/cn；可在網(wǎng)站上瀏覽各類封堵產(chǎn)品的型號，應(yīng)用等，如果需要，可直接聯(lián)系技術(shù)工程師，工程師根據(jù)客戶的需求，推薦最具性價比和提供最優(yōu)封堵解決方案；總之，在國內(nèi)，遇到封堵問題，就找鴻創(chuàng)，鴻創(chuàng)給您提供整套封堵解決方案；鴻創(chuàng)也是目前國內(nèi)規(guī)模較大，產(chǎn)品較全的一家專業(yè)性公司。

未經(jīng)允許，不得使用轉(zhuǎn)載，使用鴻創(chuàng)公司的專業(yè)測試數(shù)據(jù)，三維以及圖紙。