【正文】 核，然后用 UG 進(jìn)行關(guān)鍵零部件的三維建模，并運(yùn)用有限元 分析 工具ANSYS 按照初步設(shè)計(jì)進(jìn)行強(qiáng)度分析，得到擠壓機(jī) 主要零部件的應(yīng)力情況。本課題的研究來源于重慶大學(xué)承擔(dān)的中國重型機(jī)械研究院科研項(xiàng)目 “ 250MN 擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化 ” ， 任務(wù)是 250MN 擠壓機(jī)關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度 校核 與優(yōu)化。重慶大學(xué)本 科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 中文摘要 I 摘 要 金屬擠壓加工是利用金屬塑性壓力形成的一種 加工 方法。 它的 本質(zhì)是 利 用施加外力的方法，使處于 劑 壓容器中的 坯 料 承受三向應(yīng)力 而 產(chǎn)生塑性變形，并從特定的 縫或者 孔隙中擠出 ，從 而 獲得 一定 尺寸及 截面形 狀 擠壓制品的壓力成形過程。 擠壓機(jī)中 的關(guān)鍵零部件有 前梁、后梁、動(dòng)梁、主 缸等，這些零部件的工作性能直接影響到擠壓機(jī)的整體工作性能，因此要對其中 一些關(guān)鍵零部件進(jìn)行 強(qiáng)度 校核 和優(yōu)化。在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，按照給定的安全系數(shù)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。最后可以得出結(jié)論： 初始方案中前梁 、 后梁 、 動(dòng)梁 在結(jié)構(gòu)上均存在 有待提高 的地方， 部分 零 部 件不符合強(qiáng)度要求 。 關(guān)鍵詞 :擠壓機(jī)，有限 元，優(yōu)化設(shè)計(jì) ， ANSYS 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） ABSTRACT II ABSTRACT Metal extrusion is a processing method by using metal plastic pressure. An extrusion machine is a device which pushes or pulls the material in the extrusion containers through a shaped die to form a continuous length of product with a preset cross section. The material will be in state of hydrostatic pressure in the process. In this way, various profiles of products could be processed. This thesis is based on a research project undertaken by Chongqing University sponsored China National Heavy Machinery Research Institute with the title of “250 MN Extrusion Pres Design and its Optimization”. The tasks of this research are to verify strength of the key ponents and optimization. The key ponents in the extrusion press include front ridge, rear ridge, moving ridge, the hydraulic cylinder and so on. The performance of the designed ponents will directly affect the overall performance of the extrusion press, and therefore, it’s necessary to verify the strength and optimize structure. Based on the draft of design, the first step is to calculate the strength of the front ridge, rear ridge by traditional method. Then, 3D modeling is built in UG and analyze the structure in a mercial Finite Element Method (FEM) tool ANSYS. The stresses distributions of the key ponents are obtained. Based on the results of first design, the optimization of the structure is optimized according to the given safety factors. The problem can be solved by increasing material. Finally, the conclusions can be drawn: There are some structures can be improved in the initial design, and some regions cannot meet the strength requirements from the simulation results. However, the strength of the parts can meet the design requirements by optimization the structure. Also, the stress concentration regions should be optimized in the future design. Key words: Extrusion Press, Finite Element Method (FEM), Optimization, ANSYS 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對本 文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。它的本質(zhì)是利用施加外力的方法，使處于劑壓容器中的柸料承受三向應(yīng)力而產(chǎn)生塑性變形，并從特定的縫或者孔隙中擠出，從而獲得一定尺寸 以 及截面形狀擠壓制品的壓力成形過程 [1]。 課題概述 課題來源和主要內(nèi)容 本課題的研究來源于重慶大學(xué)承擔(dān)的中國重型機(jī)械研究院科研項(xiàng)目 “ 250MN擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化 ” 。 選題的意義 本課題重點(diǎn)研究內(nèi)容為 250MN 擠壓機(jī)關(guān)鍵零部件的靜強(qiáng)度強(qiáng)度分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)。這些零部件的工作性能直接影響 到 擠壓機(jī)的整體性能，因此要對其中的一些關(guān)鍵零部件進(jìn)行校核和優(yōu)化。通過本課程設(shè)計(jì)，有利于我更好的掌握機(jī)械 專業(yè) 的有關(guān)知識，如機(jī)械設(shè)計(jì) 、 材料力學(xué) 、 有限元分析等等，同時(shí)也有利于提 高 自身 的實(shí)踐能力，為以后的工作打下良好的基礎(chǔ)。 2020 年，由西安重型機(jī)械研究所設(shè)計(jì)，上海重型機(jī)械集團(tuán)公司制造的油泵直接傳動(dòng)、 PLC 及計(jì)算機(jī)控制的 100MN擠壓機(jī)研制成功。國際上設(shè)計(jì)制造擠壓機(jī)的知名公司有德國的 SMS,DEMAG,日本的 UGE，美國的 SUTTON，法國的 CLECIM 等，重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 2 而我國的太原重工，沈陽重工，上海重工，西安重型機(jī)械研究所等對擠壓機(jī)的發(fā)展也起到了重要的推動(dòng)作用。在未來的發(fā)展趨勢上，反向擠壓、靜液擠壓技術(shù)等發(fā)展前景廣闊 [2]。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 前梁和后梁的強(qiáng)度及剛度校核 3 2 前梁和后梁的強(qiáng)度及剛度校核 不考慮穿孔系統(tǒng)時(shí)， 擠壓機(jī) 共 有三個(gè)梁 ， 即前梁、后梁及動(dòng)梁。后梁上 安裝有 液壓缸，缸內(nèi)的 柱塞 通過液壓油的作用 將力傳到動(dòng)梁，而擠壓軸 亦是 安裝在動(dòng)梁上 的 ，這樣就將 液壓 缸提供的液壓力由擠壓軸經(jīng)錠坯， 最終將 力傳給前梁。 下面 將 用傳統(tǒng)方法對擠壓機(jī)的前 梁 和后梁進(jìn)行強(qiáng)度校核。 （ 2） 前梁結(jié)構(gòu) 對稱于中間平面 ，載荷對稱于 軸對稱或中間平面 ，空間框架 結(jié)構(gòu) 簡化為平面框架； 這種簡化 計(jì) 算 方法適合用于 粗略 估算前后梁的強(qiáng)度，可以大致校核前后 梁 是否符合 強(qiáng)度 要求。由零件圖可知， D=1890mm。前梁的作用力可以分為 如表 所示的 幾種情況： 前梁作用力分類表 表 類型 前梁受力 qF 備注 泵 蓄勢 站 傳動(dòng) 泵 直接傳動(dòng) F 為 主缸力 cF 為 穿孔力 SF 為 側(cè)缸力 yF 為 擠壓筒壓緊力 單動(dòng)式 F F+ sF 復(fù)動(dòng)式 cFF? cS FFF ?? 擠壓筒移動(dòng)缸壓緊力 單動(dòng)式 yFF? yS FFF ?? 復(fù)動(dòng)式 yc FFF ?? cyS FFFF ??? 由于本課題中的 250MN 擠壓機(jī)為復(fù)動(dòng)式后置穿孔系統(tǒng)，泵直接傳動(dòng)。 前梁 的 受力簡圖如圖 21 所示： 圖 前梁的彎矩 圖和 剪 力圖 最大彎矩： 6m a x 3 4 5 . 0 5 1 6 1 022qF lDM N m???? ? ? ? ????? () 式中 D—— 主缸法蘭盤的環(huán)形接觸面的直徑； l —— 應(yīng)力柱寬邊中心距； 由零件圖可知： 1 8 9 0 , 5 4 5 0D m m l m m??。 在計(jì)算彎矩和剪力最大處的慣性矩時(shí)，先分成 幾 個(gè)按等效截面畫出的矩形（本文分為 5 個(gè) ） 。 對等效橫截面有 關(guān)數(shù)據(jù) 的 計(jì)算結(jié)果如表 所示 。 前梁 所 用 是 鑄鋼件 ， 材料 為 ZG35CrMo， 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知其 屈服極限510s MPa? ? 。 前梁 的 破壞 一般 都 是由拉應(yīng)力引起，故其強(qiáng)度 條件 為 ： ? ?L??? () 經(jīng)計(jì)算得 L? =273MPa， 因此 前梁 不 滿足強(qiáng)度條件。由前梁的受力簡圖可知，彎矩 產(chǎn)生 的最大撓度 為 前梁的中點(diǎn)。 將以上 數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算，可得： 0f =+= 可見變形量小，滿足要求。 圖 前梁等效截面示意圖 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 前梁和后梁的強(qiáng)度及剛度校核 10 與 后梁等效橫截面的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果 表 分塊序號 寬 ib ()mm 高 ih ()mm i i iA bh? 2()m ia ()mm i i iS Aa? 3()m i i iJ Sa? 4()m 30 12iibhJ ? (m4) 1 660 370 2955 2 740 890 2365 3 640 1240 1300 4 740 500 430 5 1140 180 90 合計(jì) 3180 （ 3）在上述的基礎(chǔ)上，求出整個(gè)截面的形心軸到底面的距離 ah 為： ia iSh A???? () 從而計(jì)算出，整個(gè)截面對形心軸的慣性矩0yJ為： 022 = 3. 73 87 1. 53 56 2. 27 16 = 1. 61 79y y a iJ J h A? ? ?? () （ 4）求出計(jì)算截面的最大應(yīng)力值，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。 前梁采用的 材 料與后梁相同， 其許用應(yīng)力大小為： ? ? 170MPa? ? 由 1? ? ??? 可知，前梁 滿足 強(qiáng)度 條件 。環(huán)面積用下式求出： ? ?4 22 nfah ddA ?? ? = j? = 小于許用 擠壓力 80~100MPa，滿足 擠壓強(qiáng)度 要求。 它 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級 CAD 工具之一 [7]。靜力分析適合求解阻尼和慣性對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的 問題。 ? ? ? ?? ?euN??