王福娣，陳 晨，嵇壽勇，李 凱，包顧文

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225002）

1 背景及意義

深頸高性能壓力機(jī)是在開(kāi)式壓力機(jī)產(chǎn)品基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新一代薄板加工通用壓力機(jī)，其以喉深深度大為特點(diǎn)，行業(yè)內(nèi)將喉深≥700mm 的都通稱(chēng)為深頸壓力機(jī)。

此類(lèi)機(jī)床的研發(fā)可防止刀模的損壞，有效保護(hù)模具的使用壽命，廣泛用于塑鋼、瓶蓋、印織制罐、五金、電機(jī)、電器、家電、建筑裝飾材料、汽車(chē)配件、機(jī)箱、機(jī)框、開(kāi)關(guān)面板等諸多產(chǎn)品的沖壓加工。

近年來(lái)，市場(chǎng)對(duì)深頸高性能壓力機(jī)的使用越來(lái)越廣，針對(duì)客戶(hù)工件的加工工藝，喉深定制也較多樣化，并且隨著工業(yè)的高速發(fā)展，沖壓行業(yè)自動(dòng)化程度增高，對(duì)沖壓設(shè)備提出了更高的要求。深頸壓力機(jī)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度是首要考慮因素，強(qiáng)度是限制壓力機(jī)加工性能的主要因素。喉深的大小對(duì)于機(jī)身、工作臺(tái)的剛度分析非常重要，如果工作臺(tái)的彎曲剛度不夠，則會(huì)在一定程度上惡化機(jī)身、滑塊等重要零件的工作條件，影響壓力機(jī)的工作進(jìn)度與可靠性。

對(duì)于大喉深機(jī)床應(yīng)進(jìn)行合理的床身規(guī)范設(shè)計(jì)，按照喉深大小形成系列化模塊化標(biāo)準(zhǔn)，并利用ANSYS 軟件的有限元分析，對(duì)大喉深沖壓機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，使得大喉深機(jī)床的框架設(shè)計(jì)更加合理緊湊。另外再根據(jù)特殊行業(yè)的特殊要求，對(duì)床身在常規(guī)性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行關(guān)鍵部位的加固和約束。

本文介紹一種基于ANSYS 軟件的有限元分析方法，以較低成本對(duì)深頸高性能壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行準(zhǔn)確、持續(xù)的分析與優(yōu)化，做到真正意義上的“降本增效”。

2 允許使用的喉深范圍

對(duì)于2000kN 以下的壓力機(jī)，滿(mǎn)足以下表格范圍內(nèi)的喉深，均可以設(shè)計(jì)成深頸機(jī)床。大于2000kN 的沖床要求大喉深時(shí)，不建議推薦深頸機(jī)床，如表1 所示。

表1 喉深參數(shù)不建議推薦表

3 案例介紹

現(xiàn)對(duì)JH21S-25 喉深1000mm 的機(jī)身體進(jìn)行剛度分析并優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。優(yōu)化前設(shè)計(jì)，都是將喉深加大，對(duì)喉深到機(jī)身后側(cè)距離拉長(zhǎng)，并將內(nèi)側(cè)加強(qiáng)板加厚，通過(guò)有限元分析軟件模擬出機(jī)身受力變形情況。如圖1、圖2 所示。

從圖1、圖2 中可以看出機(jī)身最大變形為2.022mm，發(fā)生在機(jī)身頂部，工作臺(tái)最大變形為0.193mm。最大角變形為3′20″。

圖1 優(yōu)化前機(jī)身導(dǎo)軌Z 方向變形

圖2 優(yōu)化前機(jī)身工作臺(tái)Y 方向變形

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，需對(duì)床身設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，從變形角度看，機(jī)身后側(cè)的變形量影響不是太大，需要加固的地方是機(jī)身的頂部、導(dǎo)軌處、工作臺(tái)處，再加上其為大喉深，所以必要時(shí)需對(duì)機(jī)身外側(cè)上喉口、下喉口處進(jìn)行貼板處理。經(jīng)過(guò)以上分析，對(duì)改機(jī)身進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整處理，如圖3、圖4 所示。

從圖3、圖4 中可以看出機(jī)身最大變形為1.011mm，發(fā)生在機(jī)身頂部，工作臺(tái)最大變形為0.048mm。最大角變形為1′57″。

圖3 優(yōu)化后機(jī)身導(dǎo)軌Z 方向變形

圖4 優(yōu)化后機(jī)身工作臺(tái)Y 方向變形

機(jī)身貼板處理后，位移變形量和角變形量明顯減小，并且完全符合機(jī)械壓力機(jī)“A”級(jí)剛度標(biāo)準(zhǔn)。

3 優(yōu)化分析與設(shè)計(jì)思路

根據(jù)案例分析的產(chǎn)品型號(hào)，對(duì)整個(gè)系列產(chǎn)品250/450/630/800/1100/1250/1600/2000kN 進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整、前后數(shù)值的對(duì)比分析。

通過(guò)分析測(cè)試時(shí)機(jī)身各位置受力情況，結(jié)合機(jī)身彈性形變下載荷施加面積變化，從而得出接近于實(shí)際情況的載荷與約束設(shè)置條件，使得優(yōu)化修改后機(jī)身ANSYS 分析結(jié)果更精確。

根據(jù)以上大量的分析數(shù)據(jù)，并考慮深頸機(jī)床在實(shí)際使用時(shí)的工況，最大化地滿(mǎn)足客戶(hù)的使用需求，固深頸機(jī)床在定制喉深時(shí)，可形成以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)思路：

（1）所有深頸機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)必須保證左右/前后均能送料；

（2）工作臺(tái)趟料板下方的加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能靠近下喉口R 弧位置（圖5）；

圖5 加強(qiáng)筋靠近R 弧設(shè)計(jì)

（3）額定壓力≤450kN 機(jī)床，定制喉深≥900mm時(shí)，外貼加強(qiáng)板；額定壓力＞450kN，定制喉深≥1000mm 時(shí)，外貼加強(qiáng)板；

（4）外貼加強(qiáng)板的外輪廓形狀：①上端從壓力機(jī)中心線(xiàn)位置到前支承板為止；②中間以喉口形狀為等距；③下端至壓力機(jī)中心線(xiàn)位置；

（5）機(jī)身體定制喉深時(shí)，喉口到后側(cè)的距離均保持一致；

（6）機(jī)身起吊孔設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)全方位考慮到各工序的轉(zhuǎn)序加工，特別是齒輪箱后側(cè)的起吊孔應(yīng)盡量在機(jī)床的重心位置。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一套深頸機(jī)床定制喉深時(shí)的床身設(shè)計(jì)思路，利用ANSYS 有限元分析對(duì)各機(jī)身優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。但是其中環(huán)節(jié)也存在一些不足，比如理論數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)靜態(tài)動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)可能會(huì)有些偏差，實(shí)際焊接的質(zhì)量、剖口所開(kāi)的大小、板料實(shí)際的厚度、客戶(hù)實(shí)際使用的工況、載荷加載的數(shù)值等一系列因數(shù)都會(huì)對(duì)深頸機(jī)床的變形量和應(yīng)力值給出不同的結(jié)果。在未來(lái)的工作中，優(yōu)化工作除了結(jié)合ANSYS軟件外，還需要搜集多方面的素材，對(duì)動(dòng)態(tài)情況下機(jī)身的沖擊受力以及振動(dòng)進(jìn)一步分析，以期達(dá)成更好的設(shè)計(jì)。