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文档简介

12000KN精冲压力机机身抗偏载性能分析摘要:针对12000KN精冲压力机复杂、瞬时、重载的受力条件和精冲模的高精度对设备刚度提出的高要求,设计精冲机机身结构,建立精冲机机身结构有限元分析模型。采用Hyperworks软件研究侧立板、主立板、下筋板厚度对机身受到偏心载荷时倾斜量的影响,得出机身倾斜量的主要影响因素为主立板厚度,为下一步精冲机机身的设计优化提供了理论依据。关键字:精冲机机身;抗偏载;正交试验Abstract:Forthe12000KNfineblankingmachine’scomplexity,instantaneous,heavystressconditionsandfine-blankingdie’shigh-precision,whichputforwardahighstiffnessrequirementoftheequipment,thestructureoffine-blankingpressframewasdesigned,anditsfiniteelementanalysismodelwasestablished.UsingHyperworkssoftwareresearch(researchwasdonebyhyperworkssoftwareabout)theframe’stiltamounteffectedbythethicknessofsidestandingplate,mainverticalboardandundertheribwhentheeccentricloadisimposed,andthemaininfluencingfactoristhethicknessofmainverticalboard.Itprovidesatheoreticalbasis(canlaythefoundation)forfineblankingpressframedesign(thedesignoffineblankingpressframe).Keywords:fineblankingpressframe;theeccentricloadresistance;orthogonaltest精冲压力机是应用精冲技术的基础,生产得到刚性好、承载能力大、抗偏载能力强、质量轻的精冲压力机至关重要。要保证精冲压力机能生产得到优质的精冲件,就要保证精冲压力机各部件的工作变形小、应力分布均匀、导向精度高。机身结构作为压力机中较为复杂的重要部件,也是人们首先开展结构分析的研究对象[1]。Fineblankingpressisthebasisfortheapplicationoffineblankingtechnology.It’scrucialtogetafineblankingwithgoodrigidity,largebearingcapacity,loaddeflectionresistanceabilityandlightweight.Togethighqualityfineblankingparts,itisnecessarytoensurethatallpartsofthefineblankingpresswithsmallworkdeformation,stressdistributionandhighguidingprecision.Asamorecomplexcriticalcomponent,thestructureoffine-blankingpressframeisalsotheresearchobjectpeoplefirsttocarryoutthestructuralanalysis(去掉)[1].本文以12000KN精冲压力机机身为设计对象,以机身受到偏心载荷时的倾斜量为试验指标,结合正交试验[2-3]研究了各板厚对机身倾斜量的影响规律和影响程度大小,为精冲压力机机身的设计优化提供理论依据。In(去掉)thispaper,(去掉)basedonthe12000KNfineblankingpressframe,using(去掉)theframe’stiltamountundertheeccentricloadas(was)thetestindex,thentheeffectdegreeandruleofthethicknessofsome(去掉)plateonthetiltamountwerestudiedcombinedwithorthogonalexperiment[2-3],Itprovidesatheoreticalbasisforfineblankingpressframedesign.(去掉,第一段有,不用重复,这一段直接接在上一段后面,不用另取一段)Ⅰ、机身结构有限元模型建立Ⅰ、MODELINGANDANALYSISOFTHEFINE-BLANKINGPRESSFRAME1.1结构模型与单元划分1.1Modelingandmeshgeneration12000KN精冲压力机机身由厚钢板焊接而成,闭式整体式。机身材料采用Q235-A,各向同性,弹性模量E=200Gpa,泊松比为υ=0.3,密度为ρ=7.86×103kg·m-3。采用volumetetra方式划分网格单元,单元大小为30mm,单元类型为solid95。机身结构模型见图l。12000KNfineblankingpressframeisweldedbythicksteelplatewithclosedcuboidframe.TheframeuseQ235-Aasthemainmaterialwithelasticity'smodulusof200GPa,poisson'sratioof0.3,anddensityof7850kg/m3.HerethemeshofmachineframewasgeneratedbyHypermeshusingvolumetetra,theelementsizeis30mm,theelementtypeissolid95.ThestructuralmodeloftheframeisshowninFig.1.图1机身三维模型及有限元模型Fig.13Dmodelandfiniteelementmodeloftheframe1.2边界条件与载荷分布1.2constraintsandloads由于考虑12000KN精冲压力机机身的抗偏载情况,按照所给测试简图如图2所示进行加载,其中所施加偏心载荷分别为P=1000、2000、3000、4000、5000、6000KN共六种情况。在受到偏载工作时,机身的上下工作台面均受到大小为P的载荷,载荷均呈矩形区域分布。上工作台面载荷方向垂直向上;下工作台面载荷方向垂直向下。机身通过地脚螺栓固定在地面上,而且机身底面没有竖直向下的位移,在这里将约束等效为机身底面所有节点在各个方向的位移均为零,施加位移约束及载荷后的模型如图3所示。下工作台面矩形区域共74个节点,每个节点上承受(P/74)KN;上工作台面矩形区域共150个节点,每个节点上承受(P/150)KN。Tostudy(considering)theeccentricloadresistanceof12000KNfineblankingpressframe,theeccentricloadwasappliedaccordingtothetestdiagramasshowninFig.2.Respectively,P=1000,2000,3000,4000,5000,6000KNtotalofsixcases.Wheneccentricloadisappliedtothefineblankingpress,theupanddownworkingtablewillbeartothePload.Thedistributionofdownworkingtableloadisarectangleregionalwiththeloaddirectionbeingverticallydownward.Therectangleareaincludes74nodes,so(P/74)KNisappliedtoeachnode.Thedistributionofupworkingtableloadisarectangleregionalwiththeloaddirectionbeingverticallyupward.Thereare150nodesinthesquarearea,so(P/150)KNisappliedtoeachnode.Astheframeisfixedonthegroundusingtheanchorbolt,nodisplacementoftheframebottomproducesintheverticaldirection.Therefore,theconstraintisequivalenttozerodisplacementineachdirectionofallnodesasshowninFig.3.图2测试简图图3机身边界条件Fig.2TestdiagramFig.3Modelafterapplyingconstraintsandloads1.3有限元模拟结果与分析1.3Simulationresults根据实验结果可知,当所施加载荷按比例增加时,机身的倾斜量按比例增加。此处列出P=1000KN时机身的静态分析结果。图4是精冲机机身应变云图,机身倾斜量由所给定点X向的位移之差反映。试验标准值如表1所示,试验结果如表2所示。Accordingtotheexperimentalresults,whentheappliedloadincreasedinproportion,theamountoftiltoftheframeincreasedinproportion,too(accordingly).HerearethestaticanalysisresultsofthestaticanalysiswhentheP=1000KN.Figure4showsthestraindistributionofthe12000KNfineblankingpressframe,thetiltamountoftheframeisreflectedbythedisplacementdifferencebetweenthegivenpointinXdirection.TeststandardvaluesareshowninTable1.TestresultsareshowninTable2.图4机身应变云图Fig.4Thestraincontoursoftheframe表1机身倾斜量标准对照值Table1Thetiltofthestandardreferencevalue序号No.施加载荷Load(KN)右边百分表数值Dialindicatorvalueontheright(mm)右边百分表数值Dialindicatorvalueontheleft(mm)倾斜量Tilt(mm/600mm)110000.2800.2400.040220000.3780.2920.086330000.4760.3440.132440000.5750.3960.179550000.6740.4480.226660000.7720.5000.272表2机身倾斜量试验结果值Table2Thetiltofthetestresults序号No.施加载荷Load(KN)倾斜量Tilt(mm/600mm)110000.01304220000.02607330000.03907440000.05213550000.06522660000.078232正交试验2Orthogonaltest2.1确定因素、水平和指标2.1Determiningfactors,levelsandindices影响精冲压力机机身抗偏载性能的主要参数有:侧立板厚度A、主立板厚度B、下筋板厚度C。忽略其他因素的影响,本次正交试验是在各个因素经验取值的基础上进行的优化配置。试验的因素及水平见表3。Themainparametersaffectingtheeccentricloadresistanceofthefineblankingpressframeare:sidestandingplatethicknessA,mainverticalboardthicknessBandundertheribthicknessC.Ignoringotherfactors,thisexperimentistheoptimalallocationbasedonexperientialvaluesofvariousfactors.ThelevelofexperimentalfactorsareshowninTable3.表3正交试验的因素水平表Table3Factor-leveltableoforthogonaltest水平Levels因素FactorsABC侧立板厚度Sidestandingplatethickness(mm)主立板厚度Mainverticalboardthickness(mm)下筋板厚度Undertheribthickness(mm)1908050210090553110100604120110655130120702.2试验结果及分析2.2Testresultsandanalysis2.2.1试验结果2.2.1Testresults本试验是一个3因素5水平的正交试验,选用L25(53)型正交表,内容如表5。由正交设计的结构矩阵可得到25种设计变量的组合,每种组合又对应一种机身结构,对这25种结构进行静力分析。分析方法与前面所述相同,应用Hyperworks有限元软件对其进行静力分析。根据初次静态分析结果,当所施加载荷按比例增加时,机身的倾斜量按比例增加,本次正交试验只考虑所受载荷P=1000KN的情况。表4中列出了每次试验的设计变量取值及试验结果。Thisisaorthogonaltestwith3factorsin5levels,usingL25(53)orthogonaltable,contentsasshowninTable5.Byorthogonaldesignstructurematrixobtained25kindsofcombinationsofdesignvariables,eachofwhichcorrespondstoaframestructure,andusingHyperworkstocarryonstaticanalysis(staticanalysiswasmadebyHyperworks).Accordingtotheinitialresultsofstaticanalysis,thistestonlyconsiderthecaseofloadP=1000KN.ThevaluesofdesignvariablesandtheresultsofeachtestarelistedinTable4.表4正交试验方案及结果Table4Schemeandresultsoforthogonaltest试验号No.ABC实验结果Results123δ(mm/600mm)11110.0162921220.0151931330.0142541440.0132051550.0126162120.0161472230.0150882340.0141792450.01314102510.01265113130.01596123240.01506133350.01406143410.01317153520.01248164140.01531174250.01479184310.01409194420.01307204530.01250215150.01567225210.01487235320.01396245430.01301255540.01246表5正交试验计算结果极差分析Table5Tableofrangeanalysis极差Rangeδ(mm/600mm)ABCⅠ0.014310.015870.01421Ⅱ0.014240.015000.01417Ⅲ0.014150.014110.01416Ⅳ0.013950.013120.01404Ⅴ0.013990.012540.01405R0.000360.003330.00017图5各因素对δ的影响规律Fig.5Lawsofdifferentvariableseffectonδ2.2.2极差分析2.2.2rangeanalysis从表5中的试验数据极差分析结果可见:B>A>C。这说明:机身的主立板厚度水平对机身倾斜量的影响最大,其次是侧立板厚度水平,而下筋板厚度水平对试验结果的影响最小,即因素的主次顺序为:主立板厚度B>侧立板厚度A>下筋板厚度C。因此为了减小机身倾斜量,可以通过增加主立板厚度来实现,通过极差分析为下一步试验提供了方向。TheresultsofrangeanalysisinTable5shows:(,英语中很少用冒号)B>A>C.Thisshowsthat::(,英语中很少用冒号)themainverticalboardthicknessisthegreatestimpactonthetiltamountoftheframe,followedbysidestandingplatethicknessandminimalisundertheribthickness.Theorderoffactorsis:mainverticalboardthicknessB(字母去掉)>sidestandingplatethicknessA>undertheribthicknessC.Soinordertoreducetheamountoftilt,wecanincreasethemainverticalboardthickness.Itprovidesdirectionforthenexttestbyrangeanalysis.3结论3CONCLUSION本文对12000KN精冲压力机机身进行了有限元分析,结合正交试验方法,研究了各板厚对机身受到偏心载荷时的倾斜量的影响规律,结论如下:Inthispaper,staticanalysisofthe12000KNfineblankingpressframewasdoneusingfiniteelement.Lawsofdifferentplatethicknesseffectontheframe’stiltamountarestudiedcombinedwithorthogonaltest,themainconclusionsareasfollows:(1)通过静力学分析,得出机身受到偏心载荷时的倾斜量均在给定范围内,机身的抗偏载性能满足要求。(1)Theframe’stiltamountisobtainedthroughthestaticanalysis,whichisfarlessthantheallowablevalueinTable1,theeccentricloadresistanceoftheframecanmeettherequirementsfully.(2)通过正交试验,得到了侧立板厚度、主立板厚度和下筋板厚度对机身倾斜量的影响规律,同时得出影响因素的主次顺序为:主立板厚度>侧立板厚度>下筋板厚度。(2)Lawsofdifferentplatethickness

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