【導(dǎo)讀】鍛壓機械在工業(yè)中占有極其重要的地位，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的工業(yè)部門。機械中又以曲柄壓力機最多，它被廣泛應(yīng)用在板料的沖壓成型和材料的鍛造成型生產(chǎn)中，本次設(shè)計為新型125噸深喉頸曲柄壓力機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化：新型體現(xiàn)在采用伺服電機驅(qū)動，度尺寸往往會制約板料的寬度尺寸，造成送料效率的降低。盲目加大喉深會造成床身的變。剛度的條件下對其進行優(yōu)化設(shè)計以擴大中小噸位的曲柄壓力機的適用范圍。

　　

【正文】 根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)網(wǎng)格大小，由于網(wǎng)格的大小和數(shù)目直接影響精度，單元格越小，劃分的就越精細(xì)，分析的也更加準(zhǔn)確，但是 較多的網(wǎng)格數(shù)會大幅度增加計算機的工作量和時間，因此可以選擇自動劃分網(wǎng)格，在一般的情況下結(jié)果和精度還是可以保證的。劃分網(wǎng)格后的機身模型如圖所示： 圖 54 劃分網(wǎng)格后模型離散圖 壓力機底面固定，因此可以近似的全約束。公稱壓力一個作用在墊板上，一個作用在滑塊上，因為墊板與工作臺面接觸，所以施加到工作墊板上的公稱壓力在等效到工作臺面上時，可以近似的認(rèn)為整個工作臺面受到相同的均勻分布的壓力。而施加在滑塊上的作用力則近似的等效到支承曲軸的支承頸的支撐孔的表面。計算得：工作臺上面的壓力載荷為 mm178。， 支承孔上表面壓力載荷為 mm178。 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 圖 55 添加約束和載荷后模型離散圖 機身強度分析 強度是恒量零件本身承載能力的重要指標(biāo)，因此對強度的分析很有必要性。下圖為本次所設(shè)計的機身在載荷作用在的 Vonmises 應(yīng)力分布云圖。 圖 56 機身應(yīng)力分布云圖 新型 125 噸深喉頸曲柄壓力機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 25 由圖分析可知，應(yīng)力集中主要出現(xiàn)在機身左右兩側(cè)板喉口的過度圓角處，其中最大應(yīng)力達到 ，因為鋼板的許用應(yīng)力為 400MPa，所以機身的強度滿足要求，應(yīng)力分布出現(xiàn)局部不平衡。 機身剛度分析 開式機身在進行工作時， 將產(chǎn)生彈性變形，它有兩部分變形，即使裝模高度產(chǎn)生改變的垂直變形和使滑塊運動方向產(chǎn)生傾斜的角變形。這些變形特別是角變形的存在，將影響工件精度、模具壽命和加速滑塊導(dǎo)向部分的磨損。因此對機身進行剛度分析尤其重要。下圖為機身的位移云圖。 圖 57 機身 X 方向位移云圖 圖 58 機身 Y 方向位移分布云圖 圖 55 機身 X 方向位移云圖 圖 56 機身 Y 方向位移云圖 圖 59 機身 Z 方向位移云圖 圖 510 機身整體位移分布云圖 由上圖可知，機身的最大變形出現(xiàn)在曲軸支承孔前端鋼板的上端，大小為 ,雖然位移變形較小，但該處是影響機身剛度的主要部位。角變形 ?? 是指壓力機變形時滑塊相對于工作臺面的傾斜夾角，主要是機身本身的角變形造成的。機身在受力條件下的角變形包括兩部分：導(dǎo)軌部分向后傾斜和工作臺部 分向下傾斜。為計算機身在受力時產(chǎn)生的江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 角變形，分別任取有限元結(jié)果模型機身導(dǎo)軌與工作臺面上的兩節(jié)點，結(jié)合相應(yīng)兩點間的長度，即可得出機身的角變形。 導(dǎo)軌角變形：所取兩節(jié)點在 X 方向的位移分別為 和 ，之間長度為 740mm，計算得導(dǎo)軌角變形為 rad? ； 工作臺角變形：所取兩節(jié)點在 Y 方向的位移分別為 和 ，之間長度為 900mm，計算得工作臺角變形為 rad? 。 所以機身總角變形為 15 rad? 。 機身的優(yōu)化 由于機身的左右兩個側(cè)板占有機身中大部分質(zhì)量，而固定的裝模高度以及機身與各個零部件裝配關(guān)系的原因，使得機身的高度幾乎不可調(diào)節(jié)，而且側(cè)板之間的部分由于其中需要裝配零部件的原因也不可調(diào)，因此我們只需也只有對側(cè)板的橫截面進行優(yōu)化。在滿足強度和剛度的條件下使橫截面積最小，也就意味著機身重量最輕。 圖 511 側(cè)板橫截面的 主要尺寸 進入 UG 仿真導(dǎo)航器對床身進行優(yōu)化設(shè)計。 圖 512 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 新型 125 噸深喉頸曲柄壓力機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 27 進入優(yōu)化設(shè)置，分別對目標(biāo)、約束、設(shè)計變量進行定義。 定義目標(biāo) :機身的重量最小化。 定義約束：單元節(jié)點應(yīng)力上限 400MPa。 定義設(shè)計變量：截面尺寸約束： 120252101204001001 5 0 05004321????????XXXX （ 4）最大迭代次數(shù)為 10。 圖 513 優(yōu)化設(shè)置 經(jīng)過一段時間的優(yōu)化處理，并對結(jié)果進行圓整，取 X1=1230， X2=200， X3=180， X4=30，在角剛度、垂直剛度以及平均應(yīng)力變化并不大的前提下，機身重量得到了較大的減輕。 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 新型 125 噸深喉頸曲柄壓力機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 29 第 6 章 附屬裝置 過載保護裝置 壓力機在工作時，由于模具調(diào)整不當(dāng)或者重疊沖壓發(fā)生過載現(xiàn)象，著這種過載現(xiàn)象可能使壓力機損壞，如連桿螺紋破壞、螺桿彎曲或斷裂，甚至機身變形和斷裂。為了防止過載，壓力機設(shè)有過載保護裝置。 本次設(shè)計我采用壓塌塊式保護裝置，裝在滑塊內(nèi)部。 壓力機過載時，壓塌塊 a、 b 處兩圓形截面首先發(fā)生剪切破壞，使連桿相對滑塊移動一個距離，保證壓力機的受力零件不過載，同時能夠撥動開關(guān)，使控制線路切斷，壓力機停止 運轉(zhuǎn)，從而保證機器的安全。 對小型壓力機，壓塌塊可采用單剪切面的形式。 尺寸確定： 壓塌塊外徑 d 應(yīng)小于球座外徑 D， d=()D mm ，式中： D 為球座外徑，為 200 mm， 取 d=196mm； 剪切斷面厚度 S： bgg dPdPS ??111 ?? 式中 dd ? =139mm， b? — 材料抗拉強度（ Pa），對鋼材料 ab ??? 計算得 S=7mm； 壓塌塊如圖所示： 圖 61 壓塌塊 打料裝置 為了將工件從上模中頂出，在滑塊中裝有打料裝置。本次設(shè)計我選用剛性打料裝置。它是由一根穿過滑塊的打料橫桿和固定于機身上的當(dāng)頭螺釘組成。當(dāng)滑塊向下運動時，由于工件的作用，通過上模中的頂料桿使打料橫桿在滑塊中升起。當(dāng)滑塊回程向上接近 上死點時，打料橫桿與擋頭螺釘接觸，由于擋頭座固定在機身上不動，故滑塊繼續(xù)上升而打料江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 橫桿接觸，因此，通過上模中的頂料桿即將工件頂出。 調(diào)整 裝置 機床的位置水平對于機械加工有著極其重要的意義，因此需要在加床地底部安裝調(diào)整墊鐵，用于機床設(shè)備的支承安裝和調(diào)整水平。本次設(shè)計所選用的調(diào)整墊鐵如圖 62。 圖 62 調(diào)整墊鐵 使用方法： 將調(diào)整墊鐵分別放在機床各受力點下，每個墊鐵均受力后，然后調(diào)整墊鐵。 優(yōu)點： 可調(diào)整高度為 3mm15mm ， 鑄鐵調(diào)整墊鐵調(diào)整方便，遷移靈活，不用打洞埋設(shè)地腳螺絲，不破壞地面，是 機床設(shè)備安裝工藝的一大改革。能改善同床動態(tài)特性，提高機床加工精度，具有防震、降低噪音之功能。省工、省時、省材料、綜合經(jīng)濟益高。為設(shè)計部門解決了因設(shè)備選型困難，造成地面基礎(chǔ)無法確定的矛盾。通用性廣，適用安裝各類機床與設(shè)備。 新型 125 噸深喉頸曲柄壓力機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 31 第 7 章 結(jié)論與展望 結(jié)論 本文首先介紹了伺服壓力機的特點以及國內(nèi)外的發(fā)展研究現(xiàn)狀。分析了曲柄壓力機的不足，并結(jié)合伺服電機的優(yōu)點，給出了基于交流伺服電機直接驅(qū)動的曲柄壓力機的設(shè)計方案。這種伺服壓力機的滑塊位置、速度可以任意調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同工藝和材質(zhì)的加工要求。 本次我所設(shè)計的即為新型伺 服電機驅(qū)動的曲柄壓力機，開始先對曲柄壓力機原理以及主要參數(shù)進行研究與分析，然后設(shè)計每一個零部件，并進行三維建模，最后對床身進行有限元分析并優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。 通過本次課程設(shè)計，我的自學(xué)能力、查閱資料的能力都得到了很大的提高，從一開始拿到這個課題時的茫然到現(xiàn)在對其原理的熟悉，并且獨立的完成整個機床的設(shè)計讓我覺得這將近半年的時間真的沒有白費，并且特別充實，讓我鞏固了大學(xué)四年以來所學(xué)的專業(yè)知識，對機械這個行業(yè)又有了更深的認(rèn)識與感悟，為今后的鞏固與學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。 不足之處與未來展望 由于專業(yè)知識不夠扎實，又 缺乏工程實踐，所以很多內(nèi)容對我來說還比較陌生，此次設(shè)計的曲柄壓力機在很多方面都存在缺陷，加上對 UG 有限元的運用也還不熟練，所以整個機床還有很大的改進與優(yōu)化空間。 隨著制造業(yè)國際競爭日益激烈，高效率制造高精度、高品質(zhì)產(chǎn)品的伺服壓力機的需求越來越強烈。從實際生產(chǎn)應(yīng)用看，伺服壓力機比傳統(tǒng)壓力機節(jié)能 50%以上，沖裁噪聲大幅度下降，是一種節(jié)能環(huán)保型壓力機；由于其在加工鋁合金板材、高強度鋼板、非等厚焊接鋼板的成形方面有獨特的優(yōu)勢，為新材料的應(yīng)用、推廣以及汽車輕量化降低能耗方面提供了重要的技術(shù)手段；也為新工藝新技術(shù)的開發(fā) 提供一個創(chuàng)新的平臺。由于伺服壓力機具有諸多傳統(tǒng)壓力機所無法比擬的優(yōu)點，使得目前日本的企業(yè)在新增壓力機時， 90%是要購入伺服壓力機?？梢灶A(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來伺服壓力機將會取代傳統(tǒng)機械壓力機，而成為塑性加工裝備的主流設(shè)備。 附錄 32 參考文獻 [1] 何德譽 .曲柄壓力機 [M].機械工業(yè)出版社， 1987. [2] 濮良貴，紀(jì)名剛 .械設(shè)設(shè)計 .高等教育出版社 . [3] 胡仁喜，路純紅，劉昌麗 . 中文版機械設(shè)計完全實例教程 .化學(xué)工業(yè)出版社 . [4] CHEN Wei， SUN Changqing， Li Yuanliang， Noise reduction of punch press mechanical . [5] He Yupeng,ZHAO Shengdun,ZOU Jun,ZHANG Zhiyuan,WANG on hybrid input mechanical press driven by two Univ of Miningamp。Tech. [6] 何銘新，錢可強 .機械制圖 .高等教育出版社 . [7] 毛平淮 .互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) .機械工業(yè)出版社 . [8] 吳宗澤，羅圣國 .機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 .高等教育出版社 . [9] 關(guān)慧貞，馮辛安 .機械制造裝備設(shè)計 .機械工業(yè)出版社 . 附錄 33 致 謝 幾個月的時間很快過去了，論文最后終于順利完成。從前期的資料收集到課題的設(shè)計，再到論文的撰寫，我得到了很多人的幫助。 首先，我要感謝我的導(dǎo)師 — 周老師，感謝周老師這段時間以來對我的指導(dǎo)和教誨。曲柄壓力機對于我來說完全是一個陌生的概念，周老師不厭其煩的給我講解曲柄壓力機的原理，并且?guī)胰スS參觀講解，使我對它有了一個初步的認(rèn)識。在 機床的設(shè)計過程中由于我缺乏工程實際，對整個機床的零部件缺乏整體認(rèn)識，周老師一直悉心的給我講解，并且?guī)臀也檎蚁嚓P(guān)資料。整個設(shè)計過程中周老師總是及時的指出我的問題，并且給予指導(dǎo)，使我能夠及時的糾正。正是由于周老師的指導(dǎo)，我的畢業(yè)設(shè)計才能夠及時順利的完成。同時，周老師淵博的專業(yè)知識，豐富的工作經(jīng)驗，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，高尚的人格魅力，均令我敬佩，我也從中學(xué)到了許多治學(xué)做人的道理?？傊?，周老師為我們的畢業(yè)設(shè)計傾注了大量的心血，也教會了我許多的東西。在此，謹(jǐn)向周老師老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！ 其次，還要感謝在畢業(yè) 設(shè)計過程中給了我很大幫助的幾位同學(xué)，他們在我的課題設(shè)計過程中，幫我解決了很多的疑惑，給了我很多關(guān)鍵的建議，幫助在設(shè)計的過程中我少走了很過彎路 .同時要感謝與我一起做畢業(yè)設(shè)計的十幾位同學(xué)，我們一起討論問題，共同探索，每天一起工作到很晚，并相互鼓勵，共同進步。 再次，感謝大學(xué)四年來所有指導(dǎo)教育過我的老師們，正是你們辛勤的工作和不倦的教誨，使我在大學(xué)四年學(xué)到了許多知識，打下了良好的專業(yè)基礎(chǔ)，而這些知識在畢業(yè)設(shè)計中給了我莫大的幫助。同時我也得感謝我身邊的每一位同學(xué)，我們共同學(xué)習(xí)，共同進步，同窗之間的友誼永遠(yuǎn)長存。 最 后，感謝江南大學(xué)機械工程學(xué)院四年來對我的教育！