汽车钢制车轮数字化设计制造技术研究

赵绪庆 王素贞

济宁骏达机械制造有限公司 山东济宁 272000

【摘要】在本文中，笔者主要通过应用CAE、CAD以及CAM一体化的汽车钢制车轮数字化设计制造技术，通过建立数据管理平台，这一技术能够根据市场的需求，结合最新的科技发展，对产品进行快速的开发，通过研究新技术新材料新机制，以提高企业的核心竞争力。

【关键词】数字化；汽车钢制车轮；设计制造技术

汽车的安全运行离不开稳定的汽车车轮，作为重要的承载部件，汽车车轮的性能直接关系到汽车行驶的舒适性，安全性，当前汽车车轮呈现出可靠性轻量化以及高精度方向发展，一些企业在技术，规模管理以及质量方面有着一定的差距，如何提高企业的技术含量，改进当前的设计制造，今不降低汽车车轮的成本，缩短汽车车轮的开发周期，成为当前相关学者研究的热点问题。

1.车轮设计开发

钢制车轮的数字设计技术与传统的设计存在较大的差异，从初步设计，概念设计以及详细设计等方面都存在着较大的差异。在整个设计过程中最为关键的是轮辐数字化建模，在建造过程中，不仅需要提供完善的几何造型数据，还要在实验中得出相应的数字化信息反馈。车轮造型数据来源主要有以下三个渠道：首先原创车轮产品的设计方法，这一产品可以根据自己的思路将草图转变为实体造型，其次是根据用户提供的图纸进行建模设计，最后是逆向工程方法进行设计，通过使用ug nx软件，能够进行快速准确的建模以及修正，完成几何造型数据以及初级样品的设计，当然建立的实体模型是极为关键的一个步骤，它保证了整个钢制车轮的可靠性和准确性。

2.CAE分析技术的应用

技术主要是通过对车轮结构进行指导，从而达到设计的优化，并且为车辆工作在和进行校正，根据车轮转向的弯曲疲劳程度，动力特性以及振动分析，车辆与地面之间的相互作用力主要是通过车轮进行传递的，因此车轮对汽车产生重要的影响，尤其是车轮的可靠性以及安全性，因此在进行设计开发前，需要对车轮作用的弯曲，疲劳寿命以及在和静县进行分析，通过使用CAE技术，来对车辆的动、静态状态进行模拟，能够有效改进车轮设计中材料的形状或者材料问题，从而提高整个车轮的寿命。

图1 CAE软件分析模型

导致车轮破坏的主要原因是疲劳破坏，因此车轮的疲劳寿命是整个成了质量的关键，我国的有关标准规定钢制车轮需要进行镜像径向试验和疲劳弯曲试验。通过大量的研究表明，车辆主要是由于弯曲疲劳导致的，因此对车轮进行弯曲疲劳检验是整个车辆说明判断的主要方法。其在国际上也有统一的标准，用于对车辆可靠性和耐久性的检验。为了有效快速的对车辆结构进行完善，进一步提高车轮的寿命，国内外相关专家学者主要应用CAE分析技术方法来进行指导，由于车轮具有复杂的几何图形，其中应力集中导致车轮发生疲劳损害，因此可以改进局部的几何形状来进一步提高车辆的寿命。

3. 车轮CAE/CAD以及CAM一体化技术

图3 车轮 ^{CAD / CAE / CAM} 一体化系统结构

伴随着科学技术的不断发展，有限元分析技术，2d数据的实体造型技术以及cam制造技术等多种数字化设计技术在设计中得到了广泛的应用，并形成了一体化技术，通过利用一体化技术来对整个成本结构进行设计以及受力分析，最终完成性能优化，从而保证车轮在使用过程中，对设计约束条件进行分析，进而对相关的参数进行优化，也可以应用到研究竞争对手车辆结构以及设计思路中，从而对自身产品进行完善改进中。在整个开发系统中主要有上述三个模块组成，将各个模块建立在数据平台中，并且各模块进行，相互补充，所以整个系统能实现数据的集成和共享，使用这一技术能够对钢制车轮进行开发，并在虚拟环境中完成，能够有效提高当前设计质量，最大可能的降低设计制造周期。

图2 轮辐板材成形应力应变分布

4.建立车轮PDM平台

在整个钢制车轮的设计工作中，为了进一步加快设计速度并且保证整个设计的质量，可以将pdm技术应用到整个产品设计，生产制造工艺仿真以及质量检测等多个方面，通过将各个方面的信息集中起来进行处理，并且对产品数据进行有效的控制和管理，更好的保证整个数据的一致性，准确性和可靠性。有利于企业新产品的研发，更好的适应当前的市场需求，为顾客提供优质的产品。在对车轮进行设计的过程中，将产生大量的图纸，图像文件，几何模型等设计文件，PDM将其集中于设计开发项目中，控制整个设计文件的质量，对相应的信息进行存取，同时在设计过程中，对设计审查，等相关内容进行审核，最大限度的减少，错误的发生几率，进一步提高设计效率，提高产品的设计质量，使得整个设计开发过程更加顺畅。根据相关专家学者的研究表明，通过将pdm应用到产品开发过程中，能够有效缩短开发周期40%以上，产品成本降低30%以上。

5.在设计过程中钢制车轮的检测验证

即便在设计过程中应用了先进的一体化设计技术和成型数据仿真技术，也需要通过实际测试来进行开发验证，这是整个设计的重要环节，根据国家相关部门的行业规定，钢制车轮的实验主要有弯曲疲劳试验以及径向疲劳试验，通过采取先进科学的数字化实验设备，来对设计前后的车辆产品进行实验能够更好的分析车轮的变形区间变形量，同时结合车轮实验的机械性能其化学成分来进行比较，最终得出失效的主要原因，最大可能的帮助判定和分析齿轮的弯曲疲劳试验和径向疲劳试验的结果。

6.结束语

钢制车轮的设计制造不仅要面临更清凉更美观以及更安全的技术难题，同时还要适应实际应用的需要，通过采取数字化的设计方法能够有效的缩短研发周期，降低研发成本，值得在设计中应用和推广。

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