机床绿色设计中焊接件的应用研究

发布时间：2020-06-25 05:07

【摘要】：随着环境保护要求的不断提高,绿色设计与制造将成为实现生态工业和可持续发展的关键技术。焊接件具有生产周期短、重量轻、成本低、所需设备简单、改型快等优点,目前在某些情况下,机床绿色设计时已逐步采用焊接件替代铸造件。溜板作为连接立柱和横梁的关键部件,其性能对机床的整机性能影响很大,本文以五轴龙门加工中心的溜板为研究对象,分析对比焊接件与铸造件的静动态特性,并建立机床绿色设计评价模型,对五轴龙门加工中心采用焊接件和铸造件的两种设计方案分别进行综合评价。并以T形焊接板为研究对象,分析焊接顺序对焊接热变形和残余应力的影响。通过对比分析结果,获得了最优的焊接顺序。最后,将焊接件的研究应用到机床绿色设计平台中。论文的主要研究内容如下:(1)以五轴龙门加工中心溜板为研究对象,提出用焊接件替代铸造件。对焊接溜板和铸造溜板分别进行了静动态特性分析,并通过模态试验验证了溜板有限元模型的合理性。通过对比两种溜板的分析结果,得出了焊接溜板的低阶固有频率相对于铸造溜板有了显著提高,第一阶固有频率提高了 149%,而焊接溜板的最大变形量相对于铸造溜板减小了 76.8%。因此,对于单件而言,五轴龙门加工中心中焊接件的静动态性能优于铸造件。通过对比焊接溜板替换前后整机的静动态特性分析结果,得出了焊接溜板替换后整机性能有一定程度的提高。并基于上述分析,总结出五轴龙门加工中心的焊接件替代铸造件的适用范围以及所需满足的替代条件。(2)为了全面评价机床的设计方案,本文建立了包括性能、成本、时间以及资源环境的机床绿色设计评价指标体系,提出了一种基于模糊可拓层次分析法的机床绿色设计综合评价方法,解决了传统层次分析法在主观判断模糊性问题及判断矩阵一致性检验方面的不足。通过对比焊接件设计方案和铸造件设计方案的综合评价分数,得出五轴龙门加工中心设计时采用焊接设计方案更优。(3)针对焊接过程中常见的焊接变形和残余应力问题,以T形焊接板为研究对象,建立了温度场和应力场的有限元分析模型,采用间接耦合法模拟计算出实际焊接过程中的温度场和应力场。针对T形板的焊缝特点,将热源作为焊缝单元内部生热处理,以生热率的形式施加载荷,同时运用生死单元法模拟焊缝的生成过程。提出了三种不同的焊接顺序方案,通过对焊接温度场和应力场进行仿真分析,研究焊接顺序对焊接变形和残余应力的影响。通过对比三种焊接顺序对应的焊接最大变形和残余应力,得出对称焊为T形板的最优焊接顺序。(4)为了实现机床绿色设计的数字化与智能化,本文建立了机床绿色设计开发平台。通过对机床绿色设计过程的需求分析,平台设计了五大功能模块,分别是用户管理、零件查询、焊接工艺优化、CAE分析以及机床绿色设计综合评价等模块,并建立了支撑平台运行的数据库。该平台的开发有助于设计人员利用现有设计信息,更快速地完成机床新产品的开发,有效提高企业的市场竞争力。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659
【图文】：

逡逑一个评价机床可再制造性的完整方法，包括了技术、经济和环境三个方面，如图１－２所示，逡逑并利用ＡＨＰ方法（层次分析法）决定了各个要素的权重。逡逑逦１邋拆卸逡逑逦邋清洗逡逑！逦，邋逦１检测与分类｜逡逑——｜工件包｜１工件分类指标！逦—１技术可行性Ｊ－逦Ｉ零件修复－逡逑逦［＿！

本文编号：2728904