文/肖政，榮璐，閆長(zhǎng)海，盛娟·江蘇省徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司

整體框架式雙點(diǎn)壓力機(jī)機(jī)身有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

文/肖政，榮璐，閆長(zhǎng)海，盛娟·江蘇省徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司

肖政，工程師，主要從事智能鍛壓機(jī)床的研發(fā)設(shè)計(jì)及售前售后服務(wù)技術(shù)支持工作，參與完成的SD-110型數(shù)控型開(kāi)式多工位壓力機(jī)項(xiàng)目榮獲江蘇省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)，擁有2項(xiàng)發(fā)明專利、5項(xiàng)實(shí)用新型專利。

整體框架式雙點(diǎn)壓力機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

機(jī)身是壓力機(jī)的主要部件之一，機(jī)身把壓力機(jī)的全部零部件聯(lián)結(jié)成為一個(gè)整體，當(dāng)壓機(jī)工作時(shí)，機(jī)身承受金屬的變形力，機(jī)身在變形力的作用下出現(xiàn)的彈性變形會(huì)影響到?jīng)_壓件的質(zhì)量和模具的壽命。另外，運(yùn)動(dòng)部分的速度和受力的變化引起的振動(dòng)，將部分地被機(jī)身吸收。機(jī)身的特點(diǎn)是重量大，約占整個(gè)機(jī)器的60%；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工量大，約為整個(gè)壓力機(jī)加工量的30%。因此，機(jī)身的設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)節(jié)約金屬材料、提高產(chǎn)品質(zhì)量及壓力機(jī)的外觀形式等方面都有很大的影響。

機(jī)身的設(shè)計(jì)要求

機(jī)身在滿足一定強(qiáng)度和剛度的要求下，力求重量最輕，以節(jié)約金屬；機(jī)身的結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，便于壓力機(jī)的部件及零件的調(diào)整、修理、檢查和吊裝，還必須具有好的工藝性，易保證加工精度，減少加工量，這對(duì)降低壓力機(jī)成本和縮短制造周期都非常重要；機(jī)身必須有一定大小的底面積，以保證壓力機(jī)的穩(wěn)定性。在滿足以上要求的情況下，還應(yīng)力求機(jī)身外形的美觀。

曲柄壓力機(jī)的機(jī)身一般有開(kāi)式機(jī)身和閉式機(jī)身兩大類，開(kāi)式機(jī)身因剛度差，精度及穩(wěn)定性不好，主要應(yīng)用于要求不高的400t以下的壓力機(jī)中。閉式機(jī)身一般稱之為框架式機(jī)身，這類機(jī)身從組成的方面來(lái)分有整體機(jī)身和組合機(jī)身。組合機(jī)身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工及安裝調(diào)試周期長(zhǎng)，成本較高，對(duì)于630t以下的閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)而言，整體框架式機(jī)身在結(jié)構(gòu)、交貨周期及成本面具有明顯優(yōu)勢(shì)，非常受市場(chǎng)歡迎。本文就是針對(duì)整體框架式機(jī)身進(jìn)行分析的。

建立模型

整體框架式壓力機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)機(jī)身剛度計(jì)算方法，從圖1所示結(jié)構(gòu)來(lái)看，影響機(jī)身剛度與重量的主要因素在機(jī)身側(cè)板、前額板、齒輪箱板和下支承板四塊板料上，所以我們依此設(shè)定不同變量建立三維模型，對(duì)不同模型進(jìn)行有限元分析，觀察不同尺寸對(duì)機(jī)身剛度與重量的影響。機(jī)身三維模型如圖2所示。

圖1 整體框架式壓力機(jī)機(jī)身圖

圖2 機(jī)身三維模型圖

有限元分析

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，更加突出各變量對(duì)剛度的影響，現(xiàn)將對(duì)機(jī)身的有限元分析分為三部分：即分別對(duì)機(jī)身側(cè)板部分、上梁部分（包括齒輪箱板及前額板）、下梁部分（包括下支承板）進(jìn)行分析（在分析其中一個(gè)部分時(shí)，其余兩個(gè)部分相關(guān)數(shù)據(jù)為常量）。有限元分析圖如圖3所示。分析涉及參數(shù)：側(cè)板厚度尺寸A、前額板寬度尺寸B、前額板厚度尺寸C、下支承板寬度尺寸D、下支承板厚度尺寸E、齒輪箱板寬度尺寸F和齒輪箱板厚度尺寸H。

圖3 有限元分析圖

⑴對(duì)機(jī)身側(cè)板因素進(jìn)行分析。表1是以側(cè)板厚度尺寸A為變量（其他尺寸不變）的有限元模擬結(jié)果。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)：側(cè)板厚度尺寸A對(duì)上梁及下梁剛度影響不明顯，對(duì)機(jī)身重量卻有較大影響，每增加10mm厚度，機(jī)身重量增加2.4t。

⑵對(duì)上梁部分進(jìn)行分析。將前額板寬度尺寸B及厚度尺寸C，齒輪箱板寬度尺寸F及厚度尺寸H設(shè)為變量，其他板材尺寸不變，有限元分析結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)有限元分析發(fā)現(xiàn)，前額板寬度尺寸及齒輪箱板寬度尺寸對(duì)上梁剛度影響較大，厚度尺寸對(duì)上梁剛度影響較小，因此增加這兩塊板的體積對(duì)整機(jī)重量影響較小。

⑶對(duì)下梁部分進(jìn)行分析。將下支承板寬度尺寸D及厚度尺寸E設(shè)為變量，其他板材尺寸不變，有限元分析結(jié)果見(jiàn)表3。通過(guò)有限元分析發(fā)現(xiàn)，下支承板寬度尺寸對(duì)機(jī)身下梁的剛度影響較大，厚度尺寸對(duì)下梁剛度的影響次之，因此增加此塊板料的體積對(duì)整機(jī)重量影響不大。

表1 對(duì)機(jī)身側(cè)板進(jìn)行分析

表2 對(duì)上梁部分進(jìn)行分析

表3 對(duì)下梁部分進(jìn)行分析

總結(jié)

將整體框架式雙點(diǎn)壓力機(jī)機(jī)身分成三大部分，通過(guò)三維建模及有限元析，我們可以很直觀地找到各塊板料對(duì)機(jī)身各單元?jiǎng)偠燃爸亓康挠绊?，為設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。從本文所舉例的閉式雙點(diǎn)250t壓力機(jī)計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出前額板、齒輪箱板、下支承板的寬度及厚度尺寸對(duì)機(jī)身剛度影響較大，尤其是寬度尺寸，我們?cè)趦?yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)可以重點(diǎn)考慮增加這幾塊材料的尺寸以提高機(jī)身剛度，減小其他板材尺寸以降低整機(jī)成本。舉一反三，在其他類似的結(jié)構(gòu)件中，我們可采取同樣的分析方法，快速、高效地針對(duì)用戶的需求設(shè)計(jì)出最高性價(jià)比的產(chǎn)品。