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1、扬州大学广陵学院本科生毕业论文毕业论文题目 630t立式冷挤压机有限元分析与改进设计 学 生 姓 名 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 指 导 教 师 完 成 日 期 2014年6月2日 39摘 要本文主要是通过有限元分析软件ANSYS 对630t立式冷挤压机机身进行静态分析，并根据静态分析结果分析应力分布和变形情况，来进行结构优化设计。在对630t立式冷挤压机机身结构进行受力分析时，将机身底面四个脚采用固定约束方法限制其6个自由度，并在加载区施加均布载荷，然后计算结果，分析机身整体应力云图和垂直Z向整体变形图，找到机身应力集中区和薄弱环节，提出改进方案。 根据计算结果发现，床身整体应力
2、不大，说明强度足够，但是机床垂直方向变形量较大，导致加工精度较差。所以需要研究如何在降低机床变形量，提高加工精度的条件下，同时减少材料以降低成本。针对该机身结构存在的问题，本文提出了十种优化方案，并把每个方案分别建模，导入有限元软件ANSYS，分析其强度和刚度，然后分析比较每个方案的计算结果，最终获得最优的改进方案。该方案不仅可以明显提高机身的刚度，达到了机床加工精度的使用要求，还减轻了床身的质量，降低了生产成本。关键词 630t冷挤压压力机，有限元，静态分析，改进设计。AbstractThis article is for 630t Vertical cold extrusion machi
3、ne body static analysis by finite element analysis software ANSYS and static analysis based on the results of the stress distribution and deformation analysis , to improve , compare and choose the best solution . When cold extrusion machine to 630t Vertical fuselage structure is analyzed, the unders
4、ide of the fuselage four feet fixed constraint method to limit its six degrees of freedoms, and impose uniform load in the load area, and then calculate the results, analysis Z stress cloud and down to the deformation maps, find body stress concentration zone and weaknesses, to improve the program.
5、According to the results, it was found that the strength parameters is surplus , but the amount of deformation is large, the precision is not enough, so the next step is to ensure the accuracy in the conditions to minimize the material in order to reduce costs. The fuselage structure for the problem
6、, this paper presents an optimization program ten, and the modeling of each program separately, importing finite element software ANSYS, static analysis of its strength and stiffness, and comparative analysis of the results of each program, eventually find the optimal improvement program, not only i
7、mproves the precision of the body, reaching the machine requirements, but also reduce the mass and reduce the cost.Key words closed press, finite element method, static analysis, improvement designs目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 本课题研究概况11.2 研究背景和来源11.3 冷挤压压力机研究现状21.4 研究目的及意义21.5 主要研究内容4第二章 机身结构的静态分析5 2.1
8、 ANSYS软件简介52.1.1 ANSYS介绍52.1.2 ANSYS的主要技术特点6 2.1.3 ANSYS 有限元求解的基本步骤72.2 机身简介7 2.2.1建立有限元模型92.2.2单元类型的选择92.2.3 网格划分102.2.4 边界条件112.2.5 材料特性122.3 计算结果分析122.3.1 机身的应力应变要求122.3.2 原始模型整体应力图132.3.3 原始模型整体变形图错误!未定义书签。4第三章 机身结构的改进设计153.1 改进方案一153.2 改进方案二173.3 改进方案三183.4 改进方案四203.5 改进方案五223.6 改进方案六243.7 改进方案
9、七263.8 改进方案八283.9 改进方案九303.10 改进方案十323.11 最佳方案确定353.12 总结与说明36第四章 结论与展望374.1 结论374.2 展望37致谢38参考文献39 胡远江 630t立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计 第一章 绪论1.1 本课题研究概况第一台2000KN PK型肘杆式精压机于1933年诞生于日本会田株式会社，到现在为止已经生产超过2000多台PK系列压力机9。30年代，德国成功开发刚才的磷化处理工艺，为钢制冷挤压零件的成形创造了条件，并在1955年就开始冷挤压技术应用于汽车锻件的生产9。随着汽车工业的快速发展，对高精度、高效率压力机的需求愈加
10、迫切，日本70年代就研发出CFT系列多工位压力机，和肘杆式K型精压机，1988年研究出FMX系列压力机，同时日本小松研制出L1C系列和L2C系列冷锻成形压力机，这些压力机精度高，操作简单，直闭式机身坚固，变形小，滑块调节量大，不需要润滑的导轨，另外还有自动送料装置和快速换膜装置，生产效率高，适宜冷（温）挤压工艺9。 现在美国又将具有5 6工位的冷锻机升级为“成形中心”，可以加工各种形状结构复杂的锻件。世界正在发展温冷挤压复合成形工艺。美国的国民公司、德国的舒勒公司、日本的小松等均研发出整套冷温锻造工艺和生产线装备9。上世纪70年代开始，我国开始将冷挤压技术应用到自行车、摩托车和汽车等锻件的生产
11、当中，但是由于当时没有从根本上解决工艺，材料，自动化及后处理等技术问题，使得冷挤压技术没有得到快速发展9。80年代随着交通工具的发展，冷挤压设备技术的引进，使得我国对冷挤压设备的需求也越来越大，已经掌握多工位冷锻成形工艺，已经可以用冷挤压设备生产表壳、自行车锻件、精锻齿轮、火花塞、汽车等速万向节和照相机配件等等，已经赶上国外先进生产水平。 而中国J88型冷挤压机拉力肘杆机构是由曲柄滑块机构加上曲柄摆杆机构组成9。由于两套机构均接近于下死点附近区域内工作，所以，这种压机滑块的工作行程速度缓慢，有利于冷挤压工艺，又由于机构具急回特性，对提高生产效率有很大作用，因此，这种机构广泛使用于冷挤压机。我国
12、肘杆机构冷挤压机已经发展成形，相继出现等长肘杆机构，球头式不等长肘杆机构和三角形连杆肘杆机构。其中三角形连杆肘杆机构的最大优点是既能够增大滑块的全行程量及工作行程，又能起到增力作用。因此，三角形连杆肘杆机构适合于滑块行程及工作行程较大受力也较大的冷挤压工艺9。1.2 课题研究背景和来源冷挤压压力机是锻压机械的一种，通过通用曲柄连杆机构或肘杆机构以及其他如齿轮机构等传动，加工精度高，生产效率高，易于实现机械化，自动化生产，冷挤压零件在汽车中所占的比例越来越大，所以大力研究和发展冷挤压设备对提高我国机械工业生产力是非常重要的，但是在我国，对于压力机的设计多是采用经验和类比的传统分析设计方法，最后设
13、计出的压力机往往存在很多问题，比如：机床笨重，速度低，精度差，耗时长，成本较高，而且性能差，生产效率低，无法和发达国家已经定型的较成熟的设备相比，竞争压力较大。所以我国企业必须改变传统的研究设计方法，如现在国内外主流的有限元分析法。随着计算机辅助设计技术的快速发展，有限元现代结构分析法已用运而生并且已被广泛地应用于汽车，工程，机床等诸多领域，对现代结构设计发挥重要作用。本课题主要来源于校企合作的自选课题，对630t立式冷挤压机进行有限元分析与结构改进，提高刚度和精度，并减轻质量。1.3 冷挤压机的研究现状 赵长样10等对J31-400冷挤压压力机进行了研究，发现J31-400冷挤压压力机在自行
14、车生产中不适合左右后花盘的挤压工艺要求问题，提出了改进方案，通过理论计算和有限元仿真手段，设计出了JA87-500冷挤压压力机，该机采用的是下传动偏心式闭式立式结构，如下图1-1JA87-500冷挤压压力机动作原理简图。图1-1 JA87-500冷挤压压力机动作原理简图为了改善压力机受力情况和走动特性，采用了滑块中心和偏心齿轮中心有一定偏距的偏置机构，如下图1-2所示JA87-500齿轮滑块偏置机构。图1-2 JA87-500齿轮滑块偏置机构采用该机构有以下几点好处：（1） 改变滑块正反行程运动规律，有利于进行冷挤压工艺。（2） 偏置后减少了滑块对导轨的作用力，提高了机床的导向精度。 JA87-500冷挤压压力机适应性强、行程大、吨位高、能量足，提高了我国锻件的生产能力和加工精度，已经成为了我国大吨位专用冷挤压压力机。1.4 本课题的研究目的及意义目的：我国冷挤压机和国外比有很大差距，主要原因在分析研究上，国外不仅用计算机模拟仿真技术，还通过大量的实验来模拟。而我国主要是通过理论计算，根据经验来估算许用应力，再用有限元分析软件来分析，但侧重静态分析，很少用模拟实验装置来做大量的实验。本课题的研究希望能动态分析设计，优化选择方案，实现冷挤压机的高速化和自动化，提高机床的精度，减轻质量，提高寿命，增加我国压力机在国际市场的竞争优势。 意义：本课题主要是通过有限元分析法来进行
