馬 森，別世清，王曉慧，王四森，高 磊

（山東高密高鍛機(jī)械有限公司，山東 高密 261500）

0 引言

底座是機(jī)械壓力機(jī)的關(guān)鍵部件，隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前不僅僅對(duì)其材料強(qiáng)度和剛度提出要求，同時(shí)還力求減輕重量，在保證安全使用的同時(shí)節(jié)省材料，降低動(dòng)力消耗。為此，機(jī)械壓力機(jī)底座設(shè)計(jì)成框架式結(jié)構(gòu)，并且設(shè)置加強(qiáng)筋來(lái)保證其剛度[1]。傳統(tǒng)的研究方法是將底座假設(shè)為簡(jiǎn)支梁，兩支點(diǎn)間距為地腳螺栓的中心距，采用材料力學(xué)的方法，計(jì)算其公稱(chēng)力下危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力和最大變形，再引入許用值，使其應(yīng)力和變形低于許用值即可[2]。但這種方法采用人工計(jì)算，過(guò)程復(fù)雜且精度低。本文對(duì)壓力機(jī)底座運(yùn)用Solidworks2012中的Simulationexpress進(jìn)行靜態(tài)分析。在確定其結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度和剛度的同時(shí)，對(duì)其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使重量更輕，降低成本，提高設(shè)計(jì)效率。

1 底座的建模

本文以閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)底座為對(duì)象，其為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，三維模型如圖1所示。底座所用材料為Q235A（Solidworks2012中只有碳素鋼，通過(guò)網(wǎng)上下載更新材料庫(kù)添加材料Q235A，為計(jì)算結(jié)果提供了更精確的分析），焊后退火處理，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 Q235A主要技術(shù)參數(shù)

2 底座有限元分析

2.1 底座三維模型的建立[3]

在三維建模軟件Solidworks2012中創(chuàng)建底座三維模型，底座為一體式，如圖1所示。

圖1 底座的三維模型圖

2.2 底座受力條件分析

底座通過(guò)地腳螺栓固定下面六個(gè)基準(zhǔn)面，上平面通過(guò)立柱結(jié)合面壓緊固定，如圖2所示。主要受力情況為承受滑塊向下運(yùn)動(dòng)時(shí)的公稱(chēng)壓力2500kN，加上墊板與下模具的重量 100kN，共計(jì)2600kN。如圖3所示。

圖2 底座固定平面圖

圖3 底座受力圖

2.3 底座模型的網(wǎng)格劃分

Simulationexpress中網(wǎng)格密度決定解算的精度。默認(rèn)設(shè)定可提供精確的變形解算和有一定精度的應(yīng)力分布。更精細(xì)網(wǎng)格可提高局部區(qū)域中的應(yīng)力結(jié)果，但可使模擬運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)。在此底座模型中使用自定義高精度的網(wǎng)格劃分計(jì)算應(yīng)力變形。網(wǎng)格設(shè)置如圖4所示，網(wǎng)格化結(jié)果如圖5所示。

圖4 底座網(wǎng)格設(shè)置圖

圖5 底座網(wǎng)格示意圖

2.4 靜態(tài)分析計(jì)算

根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行求解。底座應(yīng)力分布如圖6所示，變形分布如圖7所示。

由靜態(tài)分析結(jié)果可知：底座最大應(yīng)力為1 5 9.8 9 M P a，主要發(fā)生在上平面靠?jī)蛇吿幣c孔邊棱圓角處，而底座其余地方應(yīng)力較小，有較大的優(yōu)化空間。

底座的最大變形發(fā)生在底座中間靠外邊位置，為0.666mm。其余地方變形相對(duì)較小，底座的撓度符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[4]。

3 底座的優(yōu)化

圖6 底座的應(yīng)力分布圖

圖7 底座的變形分布圖

根據(jù)底座的應(yīng)力與變形結(jié)果圖對(duì)底座進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，底座上平面厚度減少10mm，側(cè)面受力小加開(kāi)兩方孔，中間筋板去掉。然后再對(duì)底座進(jìn)行受力分析，計(jì)算結(jié)果如圖8、9所示。底座最大應(yīng)力為158MPa，最大變形為0.87mm。優(yōu)化后的強(qiáng)度、剛度均滿足使用要求[4]。

圖8 底座優(yōu)化后應(yīng)力圖

圖9 底座優(yōu)化后變形圖

4 結(jié)論

（1）本文采用 Solidworks2012中的 Simulationexpress對(duì)底座進(jìn)行靜態(tài)分析，結(jié)果顯示最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈服應(yīng)力，且對(duì)底座各處受力有一直觀了解，兩側(cè)面受力較小，有很大優(yōu)化空間。說(shuō)明初始設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)度和剛度余量過(guò)大，存在材料浪費(fèi)現(xiàn)象。

（2）對(duì)底座進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的底座強(qiáng)度和剛度有所提高，底座的整體重量減輕了10%，降低了原材料消耗，降低了生產(chǎn)成本。

（3）在傳統(tǒng)方法中需要對(duì)底座進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)算和校核，計(jì)算精度低；而運(yùn)用Solidworks2012中的Simulationexpress進(jìn)行分析時(shí)，擺脫了繁瑣的方程求解，極大縮短了底座設(shè)計(jì)工作量，同時(shí)大大提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)精度。

[1] 陳啟升.L4-1200M3壓力機(jī)滑塊優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2013，48（ 5）：24-26.

[2] 何德譽(yù).曲柄壓力機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[3] 張彥青.UG NX 6.0中文版基礎(chǔ)教程[K].北京：清華大學(xué)出版社.2009.

[4] JB/T 9964-1999，閉式壓力機(jī) 技術(shù)條件[S].