【導(dǎo)讀】鍛壓機(jī)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(jī)械中又以曲柄壓力機(jī)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(jì)為新型125噸深喉頸曲柄壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化：新型體現(xiàn)在采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，度尺寸往往會(huì)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(huì)造成床身的變。剛度的條件下對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以擴(kuò)大中小噸位的曲柄壓力機(jī)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(huì)大幅度增加計(jì)算機(jī)的工作量和時(shí)間，因此可以選擇自動(dòng)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(jī)身模型如圖所示： 圖 54 劃分網(wǎng)格后模型離散圖 壓力機(jī)底面固定，因此可以近似的全約束。公稱壓力一個(gè)作用在墊板上，一個(gè)作用在滑塊上，因?yàn)閴|板與工作臺(tái)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(tái)面上時(shí)，可以近似的認(rèn)為整個(gè)工作臺(tái)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(jì)算得：工作臺(tái)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(jī)身強(qiáng)度分析 強(qiáng)度是恒量零件本身承載能力的重要指標(biāo)，因此對(duì)強(qiáng)度的分析很有必要性。下圖為本次所設(shè)計(jì)的機(jī)身在載荷作用在的 Vonmises 應(yīng)力分布云圖。 圖 56 機(jī)身應(yīng)力分布云圖 新型 125 噸深喉頸曲柄壓力機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 25 由圖分析可知，應(yīng)力集中主要出現(xiàn)在機(jī)身左右兩側(cè)板喉口的過度圓角處，其中最大應(yīng)力達(dá)到 ，因?yàn)殇摪宓脑S用應(yīng)力為 400MPa，所以機(jī)身的強(qiáng)度滿足要求，應(yīng)力分布出現(xiàn)局部不平衡。 機(jī)身剛度分析 開式機(jī)身在進(jìn)行工作時(shí)， 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(yùn)動(dòng)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(duì)機(jī)身進(jìn)行剛度分析尤其重要。下圖為機(jī)身的位移云圖。 圖 57 機(jī)身 X 方向位移云圖 圖 58 機(jī)身 Y 方向位移分布云圖 圖 55 機(jī)身 X 方向位移云圖 圖 56 機(jī)身 Y 方向位移云圖 圖 59 機(jī)身 Z 方向位移云圖 圖 510 機(jī)身整體位移分布云圖 由上圖可知，機(jī)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(jī)身剛度的主要部位。角變形 ?? 是指壓力機(jī)變形時(shí)滑塊相對(duì)于工作臺(tái)面的傾斜夾角，主要是機(jī)身本身的角變形造成的。機(jī)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(tái)部 分向下傾斜。為計(jì)算機(jī)身在受力時(shí)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(jī)身導(dǎo)軌與工作臺(tái)面上的兩節(jié)點(diǎn)，結(jié)合相應(yīng)兩點(diǎn)間的長(zhǎng)度，即可得出機(jī)身的角變形。 導(dǎo)軌角變形：所取兩節(jié)點(diǎn)在 X 方向的位移分別為 和 ，之間長(zhǎng)度為 740mm，計(jì)算得導(dǎo)軌角變形為 rad? ； 工作臺(tái)角變形：所取兩節(jié)點(diǎn)在 Y 方向的位移分別為 和 ，之間長(zhǎng)度為 900mm，計(jì)算得工作臺(tái)角變形為 rad? 。 所以機(jī)身總角變形為 15 rad? 。 機(jī)身的優(yōu)化 由于機(jī)身的左右兩個(gè)側(cè)板占有機(jī)身中大部分質(zhì)量，而固定的裝模高度以及機(jī)身與各個(gè)零部件裝配關(guān)系的原因，使得機(jī)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(duì)側(cè)板的橫截面進(jìn)行優(yōu)化。在滿足強(qiáng)度和剛度的條件下使橫截面積最小，也就意味著機(jī)身重量最輕。 圖 511 側(cè)板橫截面的 主要尺寸 進(jìn)入 UG 仿真導(dǎo)航器對(duì)床身進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 圖 512 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 新型 125 噸深喉頸曲柄壓力機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 27 進(jìn)入優(yōu)化設(shè)置，分別對(duì)目標(biāo)、約束、設(shè)計(jì)變量進(jìn)行定義。 定義目標(biāo) :機(jī)身的重量最小化。 定義約束：?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)應(yīng)力上限 400MPa。 定義設(shè)計(jì)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(shí)間的優(yōu)化處理，并對(duì)結(jié)果進(jìn)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(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 29 第 6 章 附屬裝置 過載保護(hù)裝置 壓力機(jī)在工作時(shí)，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(jī)損壞，如連桿螺紋破壞、螺桿彎曲或斷裂，甚至機(jī)身變形和斷裂。為了防止過載，壓力機(jī)設(shè)有過載保護(hù)裝置。 本次設(shè)計(jì)我采用壓塌塊式保護(hù)裝置，裝在滑塊內(nèi)部。 壓力機(jī)過載時(shí)，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(duì)滑塊移動(dòng)一個(gè)距離，保證壓力機(jī)的受力零件不過載，同時(shí)能夠撥動(dòng)開關(guān)，使控制線路切斷，壓力機(jī)停止 運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保證機(jī)器的安全。 對(duì)小型壓力機(jī)，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(qiáng)度（ Pa），對(duì)鋼材料 ab ??? 計(jì)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(jì)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(jī)身上的當(dāng)頭螺釘組成。當(dāng)滑塊向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(diǎn)時(shí)，打料橫桿與擋頭螺釘接觸，由于擋頭座固定在機(jī)身上不動(dòng)，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(jī)床的位置水平對(duì)于機(jī)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(jī)床設(shè)備的支承安裝和調(diào)整水平。本次設(shè)計(jì)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(jī)床各受力點(diǎn)下，每個(gè)墊鐵均受力后，然后調(diào)整墊鐵。 優(yōu)點(diǎn)： 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(jī)床設(shè)備安裝工藝的一大改革。能改善同床動(dòng)態(tài)特性，提高機(jī)床加工精度，具有防震、降低噪音之功能。省工、省時(shí)、省材料、綜合經(jīng)濟(jì)益高。為設(shè)計(jì)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(jī)床與設(shè)備。 新型 125 噸深喉頸曲柄壓力機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 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(jī)的特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展研究現(xiàn)狀。分析了曲柄壓力機(jī)的不足，并結(jié)合伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，給出了基于交流伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的曲柄壓力機(jī)的設(shè)計(jì)方案。這種伺服壓力機(jī)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(jì)的即為新型伺 服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲柄壓力機(jī)，開始先對(duì)曲柄壓力機(jī)原理以及主要參數(shù)進(jìn)行研究與分析，然后設(shè)計(jì)每一個(gè)零部件，并進(jìn)行三維建模，最后對(duì)床身進(jìn)行有限元分析并優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。 通過本次課程設(shè)計(jì)，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(gè)課題時(shí)的茫然到現(xiàn)在對(duì)其原理的熟悉，并且獨(dú)立的完成整個(gè)機(jī)床的設(shè)計(jì)讓我覺得這將近半年的時(shí)間真的沒有白費(fèi)，并且特別充實(shí)，讓我鞏固了大學(xué)四年以來所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，對(duì)機(jī)械這個(gè)行業(yè)又有了更深的認(rèn)識(shí)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(shí)不夠扎實(shí)，又 缺乏工程實(shí)踐，所以很多內(nèi)容對(duì)我來說還比較陌生，此次設(shè)計(jì)的曲柄壓力機(jī)在很多方面都存在缺陷，加上對(duì) UG 有限元的運(yùn)用也還不熟練，所以整個(gè)機(jī)床還有很大的改進(jìn)與優(yōu)化空間。 隨著制造業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(jī)的需求越來越強(qiáng)烈。從實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用看，伺服壓力機(jī)比傳統(tǒng)壓力機(jī)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(jī)；由于其在加工鋁合金板材、高強(qiáng)度鋼板、非等厚焊接鋼板的成形方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，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(gè)創(chuàng)新的平臺(tái)。由于伺服壓力機(jī)具有諸多傳統(tǒng)壓力機(jī)所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，使得目前日本的企業(yè)在新增壓力機(jī)時(shí)， 90%是要購(gòu)入伺服壓力機(jī)。可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來伺服壓力機(jī)將會(huì)取代傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)，而成為塑性加工裝備的主流設(shè)備。 附錄 32 參考文獻(xiàn) [1] 何德譽(yù) .曲柄壓力機(jī) [M].機(jī)械工業(yè)出版社， 1987. [2] 濮良貴，紀(jì)名剛 .械設(shè)設(shè)計(jì) .高等教育出版社 . [3] 胡仁喜，路純紅，劉昌麗 . 中文版機(jī)械設(shè)計(jì)完全實(shí)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(qiáng) .機(jī)械制圖 .高等教育出版社 . [7] 毛平淮 .互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) .機(jī)械工業(yè)出版社 . [8] 吳宗澤，羅圣國(guó) .機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) .高等教育出版社 . [9] 關(guān)慧貞，馮辛安 .機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) .機(jī)械工業(yè)出版社 . 附錄 33 致 謝 幾個(gè)月的時(shí)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(jì)，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(shí)間以來對(duì)我的指導(dǎo)和教誨。曲柄壓力機(jī)對(duì)于我來說完全是一個(gè)陌生的概念，周老師不厭其煩的給我講解曲柄壓力機(jī)的原理，并且?guī)胰スS參觀講解，使我對(duì)它有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。在 機(jī)床的設(shè)計(jì)過程中由于我缺乏工程實(shí)際，對(duì)整個(gè)機(jī)床的零部件缺乏整體認(rèn)識(shí)，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(gè)設(shè)計(jì)過程中周老師總是及時(shí)的指出我的問題，并且給予指導(dǎo)，使我能夠及時(shí)的糾正。正是由于周老師的指導(dǎo)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能夠及時(shí)順利的完成。同時(shí)，周老師淵博的專業(yè)知識(shí)，豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，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。總之，周老師為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)傾注了大量的心血，也教會(huì)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(jì)過程中給了我很大幫助的幾位同學(xué)，他們?cè)谖业恼n題設(shè)計(jì)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(jì)的過程中我少走了很過彎路 .同時(shí)要感謝與我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)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(lì)，共同進(jìn)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(shí)，打下了良好的專業(yè)基礎(chǔ)，而這些知識(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給了我莫大的幫助。同時(shí)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(jìn)步，同窗之間的友誼永遠(yuǎn)長(zhǎng)存。 最 后，感謝江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院四年來對(duì)我的教育！