12500kN冷锻压力机结构有限元分析和优化

发布时间：2020-11-20 00:13

　　 多连杆式冷锻压力机是未来冷锻压力机的发展趋势之一,但是目前针对冷锻压力机的研究较少。本文利用有限元分析软件ANSYS Workbench分别对压力机闭式组合机身、整机和重要零部件进行了分析和校核并提出结构优化模型。分析12500kN冷锻压力机机身结构的特性,并提出三种受力模型。通过Workbench软件进行有限元计算,研究不同受力模型、不同预紧力和不同导轨间隙,对机身应力、变形的影响。研究结果表明:水平侧向力、预紧力和导轨间隙,均在一定程度上影响压力机变形,进而影响压力机的成形精度。水平侧向力会影响压力机立柱的变形,导轨间隙过大也会使得压力机滑块失去导向。12500kN冷锻压力机预紧系数选取2-3比较合理,此时机身和拉杆的应力均在许用范围内。可以通过改变和控制这三个因素控制压力机的成形精度。对原有压力机的刚度、强度和稳定性进行分析校核。计算结果表明:压力机整体和局部重要零部件的性能均符合使用要求。其中压力机在中心载荷与偏心载荷条件下机身绝大部分应力均在40MPa以下,各部分变形量也满足刚度要求,计算得到立柱稳定性系数为1.48,不会出现失稳现象。研究结果表明:压力机机身及和重要零部件均满足使用要求且有进一步优化的空间。根据实际负载,对冷锻压力机及模具建立有限元模型完成受力分析。研究结果表明:工作过程中压力机和模具会互相影响。且对模具影响较大,模具中最大应力减小了83MPa,最大变形量减小1.17mm。两种分析方法中模具和机身应力、变形发生区域基本一致,因此不同分析方法不影响各部分的定性分析。利用计算结果,提出机身优化方案。将机身减重作为目标函数,机身应力和变形作为约束条件建立数学模型。有限元计算提出了可以实现机身减重7122kg,减重达9.6%的优化方案。通过静、动态有限元分析进行验证,证实了优化方案的可行性。
【学位单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG315
【部分图文】：

设备的研究现状是指当材料处于再结晶温度以下整体发生明显塑性变形的加工技挤压、冷镦等塑性加工工艺的统称[1]。冷锻可以省去材料的切除与其他加工工艺相比得天独厚的优势。作为精密的塑性成形技术不仅表面质量好，组织性能材料、流线连续性好，而且锻件形状料利用率和锻件强度也相较热锻件有所提升。如图 1-1 所示为使典型精密零件，以齿轮和轴套为代表。冷锻应用的范围越来越广单一、少量的冷锻材料、冷锻模具的设计和研发引起各国的重视密冷锻产品在实际中的应用也越来越成熟。冷锻工艺迅猛发展，产业的发展趋势，更是我国绿色节能、可持续发展的战略中不可

图 1-2 舒勒多工位冷锻压力机 图 1-3 小松 E2W 型压力机技术的研究。法国在 70 年代的代表机型为“BLISS”公司设计的六杆式压力工作行程特别适用于轴向变形较大的拉伸、锻压等工艺。美国韦恩州立大连杆式机械挤压压力机中的动态负载进行研究，发现：由于运动副存在间反复受到冲击，连杆的运动学参数的拐点处会发生激烈的动态负载，严重力机的正常使用[13]，例如造成大型轴承套筒开裂、破损、导轨的快速磨由于国内汽车工业的迅猛发展，国内对于冷锻件的需求日益增加，但是国装备制造水平却和世界先进水平相去甚远，以至于国内绝大部分冷锻厂家进口国外昂贵的冷锻设备或采用替代设备和工艺进行生产。进口设备精高，但是单次投入过高，会增加企业的运营成本，风险过高。采用单工位为替代装备进行冷锻，工作效率低，工件精度差，无法满足现在冷锻的国内在冷锻压力机研发设计方面，还处于起步阶段。北京机电研究所 五”国家科技攻关计划资助下，成功试制国内首台 6300kN 广义肘杆机

图 1-2 舒勒多工位冷锻压力机 图 1-3 小松 E2W 型压力机技术的研究。法国在 70 年代的代表机型为“BLISS”公司设计的六杆式压力工作行程特别适用于轴向变形较大的拉伸、锻压等工艺。美国韦恩州立大连杆式机械挤压压力机中的动态负载进行研究，发现：由于运动副存在间反复受到冲击，连杆的运动学参数的拐点处会发生激烈的动态负载，严重力机的正常使用[13]，例如造成大型轴承套筒开裂、破损、导轨的快速磨由于国内汽车工业的迅猛发展，国内对于冷锻件的需求日益增加，但是国装备制造水平却和世界先进水平相去甚远，以至于国内绝大部分冷锻厂家进口国外昂贵的冷锻设备或采用替代设备和工艺进行生产。进口设备精高，但是单次投入过高，会增加企业的运营成本，风险过高。采用单工位为替代装备进行冷锻，工作效率低，工件精度差，无法满足现在冷锻的国内在冷锻压力机研发设计方面，还处于起步阶段。北京机电研究所 五”国家科技攻关计划资助下，成功试制国内首台 6300kN 广义肘杆机
【参考文献】

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本文编号：2890643