大噸位擠壓鑄造機(jī)框架有限元分析

2024年1月4日發(fā)(作者：商是幾位數(shù))

圃固四匿團(tuán)哩　仿舅，建馥ＩＣＡＤ／ＣＡＭＩＣＡＥＩＣＡＰＰ　大噸位擠壓鑄造機(jī)框架有限元分析　尹建峰‘。劉賢華　。　呂國鋒’，游東東　１．廣東科達(dá)機(jī)電股份有限公司，廣東佛山５２８３１３：２．華南理工大學(xué)，廣州５１０６４０　Ｆｉｎｉｔｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ａａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｍａｉｎ　Ｆｒａｍｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｎ　Ｌａｒｇｅ　Ｔｏｎｎａｇｅ　Ｓｑｕｅｅｚｅ　Ｆｏｒｍｉｎｇ　Ｍａｃｈｉｎｅ　ＹＩＮ　Ｊｉａｎｆｅｎｇ。，ＬＩＵ　Ｘｉａｎｈｕａ　，ＬＹＵ　Ｇｕｏｆｅｎｇ　，ＹＯＵ　Ｄｏｎｇｄｏｎｇ　（１．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　ＫＥＤＡ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｃ｛Ｉ．．Ｌｔｄ．Ｆｏｓｈａｎ　５２８３１３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５ｌ０６４０．Ｃｈ－１ｌａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｉｎ　ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｔｏｎｎａｇｅ　ｓｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｆ１）ｒ　ｂｅａｒｉｎｇ　ＷＯｒｋ—　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｔ‘ｍａｉｎ　ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕ｜－ｅ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ＨＳｅ　ａｎｄ　１ｉｆｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｅ，ｈｉ　ｒｌｅ．ｂｕｔ　ａｌｓ（）ｒｅｆｌｅｅｔｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆａｃｔｍ’ｏｆ’ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｗｈｏｌｅ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｌｅｖｅ１．ＦＥＡ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｃｈｅｃｋ　ｔｈｅ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｉｌｅ　ｍａｉｎ　ｆｉ＇ａｍｅ　ｓｈ’ｕｃｔｍ，Ｐ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｓｔａｔｔＩｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｅｘｔ．Ｉｔ　ｉｓ　ｖｅｒｉｆｉｅ（｛ｔｈａｔ　Ｉｈｅ　ｗｈｏ１ｅ　ｓｔｒｕｅｔｕ　Ｔ１Ｐ　０ｆ　ｍａｉｎ　ｆｌａｍｅ　ｉｓ　ｓａｆｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ．Ｔｉｌｅ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｌ’ｐｌ’ｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｎｌａｎｕｆａｃｔｕ￣’ｉｌｉｇ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｔｏｎｎａｇｅ　ｓｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｗＯ　ｂｏａｒｄ　ｍａｃｈｉｎｅ；ｓｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔｉｎｇ；ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌ｝ｒｓｉｓ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　０引　言　的結(jié)果，對主體框架進(jìn)行安傘　性和可靠性驗(yàn)證，其分析結(jié)果　大噸位擠壓鑄造機(jī)（又稱液態(tài)模鍛）最早由德　人在　＿＿＝．戰(zhàn)時期形成，二戰(zhàn)后轉(zhuǎn)入前蘇聯(lián)，２０世紀(jì)５０年代后經(jīng)　過日本宇部公司全面深入研究和發(fā)展形成系列鎖模力成　其制品性能優(yōu)異，推動了高端汽車總體技術(shù)水平的提高，　同時也由于其優(yōu)異的成型性能可運(yùn)用于國防。　本文以廣東科達(dá)機(jī)電股份有限公司自主創(chuàng)新的　３３００ｔ大噸位擠壓鑄造機(jī)為研究對象，如圖ｌ所示。主機(jī)　為結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化提供重要依　據(jù)。主機(jī)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣不僅直　Ｔ　、制造、安裝等方面密切相　關(guān)，是反映設(shè)計、制造水平的　鶯要因素。　ｌ主機(jī)參數(shù)　型裝備，在汽車和精密裝備制造中得到良好的運(yùn)用。由于　接影響壓機(jī)的壽命，而且與加　結(jié)構(gòu)為國際卜先進(jìn)的二扳機(jī)結(jié)構(gòu)。在壓力機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計　中，有限元分析因其可以較精確地揭示壓力機(jī)主機(jī)的受　擠壓鑄造機(jī)總工作載　荷：３３　０００　ｋＮ。　力及變形情況，已成為壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù)。通過主　機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬分析，并通過有限元模擬分析　基金項目：國家科技支撐計劃項目（２０１　ＪＢＡＥ２１Ｂ０２）；第一批　廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)攻關(guān)項目　（２０１　１Ａ０１０８０２００５）　材料參數(shù)的確定，主機(jī)框　圖１　３３００ｔ擠壓鑄造機(jī)　架共４種材料，為合金鋼、碳鋼、鑄鋼和鑄鐵，材料參數(shù)如卜：　合金鋼：彈性模量Ｅ＝２．０６ｘｌＯ“Ｐａ，泊松比“：０＿３，　服強(qiáng)度ｏｒ　＝４４０　ＭＰａ；　碳鋼：彈性模量Ｅ＝２ｘ１０”Ｐａ，泊松Ｌｔ，／ｘ＝Ｏ＿３，屈服強(qiáng)度　捷實(shí)時檢驗(yàn)炯支質(zhì)量，同時也監(jiān)視整個炯支卷切傳遞機(jī)　械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，是嫻支檢測系統(tǒng)的重要組成部分，同沒有　該系統(tǒng)的檢測系統(tǒng)相比是有質(zhì)的提升，并且安裝靈活，效　果明顯，此設(shè)計呵推廣應(yīng)用到多家卷嫻廠。　［參考文獻(xiàn)】　１］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)榆疫總局．ＧＢ／ｒ　５６０６．１—　【Ｍ］．ｊＥ京：中國科學(xué)技術(shù)　版社，２００１．　３］　白象忠．可調(diào)頻閃儀的結(jié)構(gòu)及其工作原理［Ｊ］儀器儀表學(xué)報　１９９８（１）：６ｌ一６６．　４］姜淳．梅鴻．頻閃儀及其在印刷檢驗(yàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用［Ｊｊ．機(jī)電　程，２００６（２）：１９—２１．　（編輯立明　２００４．ＧＢ　５６０６．２￣５６０６　６—２００５卷煙】Ｓ¨Ｅ京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版　社，２００４．　作者簡介：曾清（１９６７一），男，工程師，從事煙草電氣設(shè)備管理工作　收稿日期：２０１４—０３—０５　２］董祥云，張惠敏．高　啟，等．全國煙草行業(yè)統(tǒng)編教材卷接機(jī)組　１３０　機(jī)械工程師２０１４年第５期　

圃固四回團(tuán)哩　仿奠，建齷／ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ　＝３４５　ＭＰａ；　２．２邊界條件設(shè)置及加載　鑄鋼：彈性模量Ｅ：１．９×ｌ０“Ｐａ，泊松比／ｚ＝Ｏ．３，屈服強(qiáng)　度　＝２７０　ＭＰａ；　對主機(jī)框架的有限元模　型施加邊界條件及載荷，原則　鑄鐵：彈性模量Ｅ＝１．４×ｌ０”Ｐａ，泊松比／ｚ＝０．２５，艇服　強(qiáng)度　ｌ，＝２００　ＭＰａ。　２主機(jī)框架結(jié)構(gòu)有限元分析　２．Ｊ有限元模型的建立　ｔ盡可能接近實(shí)際工況。邊界　條件及加載如圖４所示，對稱　面施加對稱邊界條件，即該對　稱面的法向位移為零，｛三機(jī)底　主機(jī)框架簡化１／２模型如圖２。主機(jī)框架結(jié)構(gòu)比較復(fù)　雜，為獨(dú)立導(dǎo)軌導(dǎo)向的新型二板機(jī)結(jié)構(gòu)，主機(jī)框架結(jié)構(gòu)尺　寸為：２　８４６　ｍｉｎｘ３　９６０　ｍｍｘ５　５００　Ｉｎｎｌ。獨(dú)立導(dǎo)軌導(dǎo)向結(jié)構(gòu)　座地腳螺釘孔處固定，各個相　鄰零件之間接觸類型定義為　可分離的接觸，零件之　的摩　不再使用大拉桿為導(dǎo)向，將大拉桿從復(fù)雜的受力１：況解　提供了重要支撐，導(dǎo)軌部分為碳鋼焊接結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌摩擦副　擦因數(shù)設(shè)定為０．１，豐油觚腔壓力２８．８　ＭＩ）２Ｉ　２－３．１　模擬分析結(jié)果合理性檢查　邊界條件的檢查：通過柃查分析結(jié)果的對稱而、約　點(diǎn)以及主油缸承受油　放出來只承受合模力，獨(dú)　導(dǎo)軌同時為后續(xù)的輔機(jī)安裝　２．３有限元模擬結(jié)果分析　材料為鑄鐵；主機(jī)下部為主油缸部件，主油缸部件一部分　為碳鋼，一部分為合金鋼；主機(jī)上部為抱合螺母部件，圖２　材料為合金鋼，動、定梁材料為鑄鋼，模具材料為碳鋼。主　機(jī)合模動作為當(dāng)抱合螺母抱合后豐油缸施加油　從而形　成合模力。　根據(jù)有限元模擬計算的需要，本次考察的主要是主　機(jī)框架的變形、應(yīng)力情況，故本次計算對主機(jī)框架的結(jié)構(gòu)　進(jìn)行了相應(yīng)的簡化，舍去小的倒圓角以及小的螺紋孔，對　中為簡化后的抱合螺母。抱合螺母材料為合金鋼；火拉桿　壓面　Ｊ＾知滿足所定義　的要求。　有無心力奇變點(diǎn)：　通過檢查框架可知整　個模型的應(yīng)力梯度變　化合理，無明　的奇變　點(diǎn)。說明模型的建立和　黧　抱合螺母與大拉桿連接螺紋部分進(jìn)彳『簡化。模具尺寸按　照實(shí)際丁況設(shè)定尺寸，該主機(jī)最初模具為鋁合金輪轂?zāi)！【撸淠＞叱叽鐬椋臁。常福啊。欤桑欤睿欤兀臁。常福啊。幔椋颍睿薄。保玻啊。恚颍睢Ｍ瑫r考　邊界條件的定義符合　要求，見圖５。　拉桿的變形情況　與理論分析的誤差：大　拉桿有效受力長度為　３　３５７　ｍｍ，桿件變形公　式為Ａｌ＝Ｐｌ／（ＥＡ）一代入　慮到如果對主機(jī)架整體有限元模型進(jìn)行計算將會對汁算　機(jī)的配置要求非常高，而主機(jī)架結(jié)構(gòu)為前后對稱結(jié)構(gòu)，故　可用二分之一結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算與分析。在有限元分析中，六　面體八節(jié)點(diǎn)單元相對于四面體十節(jié)點(diǎn)單元分析精度較高　且運(yùn)算速度較快，故網(wǎng)格劃分時盡可能采用六面體八節(jié)　點(diǎn)單元　本次的計算是利用有限元求解程序ＭＳＣ．ＭＡＲＣ＋　ＭＳＣ．ＰＡＴＲＡＮ，求出機(jī)架在公稱壓制力下　作時的剛度、　強(qiáng)度，在此過程中對原結(jié)構(gòu)進(jìn)－ｔ　一些局部優(yōu)化。對主機(jī)框　數(shù)值得△ｚ＝１．４８　ｌｌｌＩｌｌ，而　有限元計算拉桿變形　結(jié)果約為１．５３　ｉｎｎｌ，有　限元汁算結(jié)果　理論　Ｉｌ－　屯個ｌ，Ｉ勺　架的網(wǎng)格劃分定模板采用四面體十節(jié)點(diǎn)單元，其余采用　計算誤差為３．３８％。考慮到有限５ｉ：５｝ｆ）￣ｈｔｉ　六而體八節(jié)點(diǎn)單元，在局部關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，　點(diǎn)　數(shù)４７　０２０；單元數(shù)３２　６１７　ｌ豐機(jī)框架有限元網(wǎng)格模　如圖　３所示，　拉伸，由于模板變形還導(dǎo)致大托桿有一定的彎Ｉｔｔｌ變形，這　也足夠說明理淪計算與有限兀結(jié)果十ｌ１　ｊ接近，分析結(jié)　是可信的。大批桿變形分析件如　６　２．３Ｉ２有限元模擬結(jié)果分析　１）剛度分析。在施加合模力后，書機(jī)　架會廣。ｔ－?定　的彈性變形．需對其剛度進(jìn)行分析　發(fā)擠　鑄造機(jī)框架為　國內(nèi)首創(chuàng)結(jié)構(gòu)，除考慮整體變形情況外，　多火　的過　軌以及兩個模板的變形　剛度分析包括：　機(jī)框架的　怵　變形，導(dǎo)軌存　斤向（水　方向）變形　度，ｌ從ｊ個卞；｛飯　’　方向（豎直方向）的變形情況．圖７足十饑框架總體ｎ，Ｊｆ　移云圖，岡８是導(dǎo)軌在　方向（水平方向）的位移云　，　９是定模板在ｖ方向（豎直斤向）的位移云圖，　１０慫動　模板在ｖ方向（　商方向）的位移云圖。　由圖可知：主機(jī)框架變形最大的地方　人ｊ　什技｛　油缸部位處，最大位移值為２．３４　Ｉｎｉｌｌ，陔變形　慳…人批　機(jī)械工程師２０１４年第５期　１３１　

團(tuán)固四匣國哩　仿真／毽耱／ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ　板的變形為０．０７　ｌｌｌｔ］１／Ｉ］Ｉ．也是在安全的允許范同內(nèi)　２）強(qiáng)度分析。工作狀態(tài)下，主機(jī)框架屬于復(fù)雜受理狀　態(tài)，既有壓應(yīng)力也有拉應(yīng)力，當(dāng)結(jié)構(gòu)沒汁不合理時，局部　應(yīng)力集中會成為疲勞破壞源，導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的失效，設(shè)計　中應(yīng)予以關(guān)注。主機(jī)框架均為彈塑性鋼材，以第四　服強(qiáng)　度理論為依據(jù)，分別考察大拉桿、導(dǎo)軌、動定模板的應(yīng)力　情況。圖ｌｌ～圖ｌ４分別為大拉桿、導(dǎo)軌、定模板、動模板　的ｖｏｎ　Ｍｉｓｅｓ圖。　－ｉ霎露譚　譚　．．＿＿霎　圖７主機(jī)框架整體　變形云圖　由大拉桿合應(yīng)力圖可知最大應(yīng)力為ｌ６９　ＭＰａ，位　大豐奇＝桿與抱合螺母結(jié)合部位，該應(yīng)力較大主要是　ｆ：螺　母前端受力大后端受力小造成，該處安傘系數(shù)為２．６倍；　拉桿主要受單向拉應(yīng)力，拉桿主體拉心力為９５　ＭＰａ，這　說明拉桿設(shè)計是合理的，拉應(yīng)力過大容易導(dǎo)致托斷，拉成　力過小說明拉桿的安全系數(shù)過大，會浪費(fèi)材料。南導(dǎo)軌ｌ砸　力圖知其最大合應(yīng)力僅為１７．４　ＭＰａ，說明導(dǎo)軌主曼是承　擔(dān)模板導(dǎo)向，并沒有參與到主機(jī)復(fù)雜的受力　況中．承受　。　饈　一　叩　１　一ｎ畦　圖１Ｏ動模板在豎直方向　的變形云圖　模板導(dǎo)向功能足以滿足。由定模板應(yīng)力圖知最大ＶＯ１］　圖９定模板在豎直方向　的變形云圖　Ｍｉｓｅｓ應(yīng)力為６３．４　ＭＰａ，位于主油缸　模板結(jié)合處，該處　主要承受壓應(yīng)力，定模板的屈服強(qiáng)度為２７０　ＭＰａ，則安拿　系數(shù)為４．２５倍，是足夠安全的；需要注意的是中間網(wǎng)孔邊　緣最大拉應(yīng)力為６２．５　ＭＰａ，該圓孔通過機(jī)加１一后邊緣處　仟的拉伸變形產(chǎn)生，一般情況下拉桿的彈性變形南材料　力學(xué)判定都在安令范圍之內(nèi)可以不予考慮，不考慮大拉　桿變形，主機(jī)框架變形約為０．６　ｉｆｌｍ，在安全范同之內(nèi)　導(dǎo)　軌中問部位　辦　向（水平方向）的最大變形為０．４８２　ｌｎｌｎ，該變形是南于動模板變形側(cè)向擠壓導(dǎo)軌產(chǎn)生，導(dǎo)軌　需要人　Ｉ　打磨一定圓角，以提高其疲勞強(qiáng)度。由動模板心　力圖知最大ＶＯ１］Ｍｉｓｅｓ為ｌ２８　ＭＰａ，位于抱合螺母和動模　板結(jié)合處，主要為壓應(yīng)力，動模板安傘系數(shù)為２．１倍．是在　的高度為５　０３０　１／１１１１，則導(dǎo)軌單位長度變形為０．０９　ｍｆｉ＇ｌｈｌｌ，　導(dǎo)軌的變形在允許的安全范圍內(nèi)。定模板的模具安裝平面　，，方向（豎直方向）中間圓孔處兩邊點(diǎn)變形為一Ｏ．２６１　ｌ１１ｆｌｌ、一０．２５４　１１１Ｉｌｌ，兩邊緣處的變形為＿０．１８６　Ｔ／Ｉｌ１］、－０．１３８１］ｌｎｌ，　安全范　內(nèi)。動模板的最大合應(yīng)力約為定模板最大合成　力的２倍，均在與大拉桿與模板聯(lián)接部位，均為　心力，　原因在于定模板下方為主油缸底蓋，主油缸底蓋和定模　板的接觸面積遠(yuǎn)大于抱合螺母和動模板的接觸面積，接　觸面積大則會將應(yīng)力擴(kuò)散，局部應(yīng)力集中不會很明　。　語　則定模板豎直方向單位變形一側(cè)為０．０６６　ｍ１］ｌ／ｌｌｌ，另一側(cè)為　Ｆ而一側(cè)有一大缺門造成，一般模板原則Ｉ　變形不能超　０．１　０　ｌｎｌｌｌ／Ｉｎ，定模板　作平面兩邊變形不一致豐要是由于　３結(jié)通過對３　３００　ｔ大噸位擠壓鑄造機(jī)框架總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行　剛度和強(qiáng)度的有限元模擬校核計算，豐機(jī)架總體結(jié)構(gòu)剛　度和強(qiáng)度均安全、可靠。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計ｌ　通過對定模板　網(wǎng)孔下邊緣處打磨成圓角以提高其疲勞強(qiáng)度，在實(shí)際１－　業(yè)運(yùn)行中驗(yàn)證主機(jī)是可靠的。　［參考文獻(xiàn)］　［１］俞新陸．液壓機(jī)的設(shè)計與應(yīng)用ｊ．Ｍ］北京：機(jī)械１　、　出版｝ｆ　，２００９．　Ｉ２］羅守靖．液態(tài)模鍛與擠壓鑄造技術(shù)［Ｍ　ｊ北京：化學(xué)Ｉ　業(yè)　版社，　２００７．　『３　劉鴻文．材料力學(xué)［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９８．　４　李邦國．Ｐａｔｒａｎ　２００６與Ｎａｓｔｒａｎ　２００７有限元分析實(shí)例指導(dǎo)教程　Ｍｊ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．２００７．　［５］邵敏．有限單元法的基本原理和數(shù)值力‘法【Ｍｊ—Ｅ京：清華夫?qū)W　ｍ版社，２００１．　６］陳火紅．新編Ｍａｒｅ有限厄?qū)嵗坛蹋郏停荩本簷C(jī)械ｒ１Ｉ　出版　社．２００７．　［７］劉鳴放，劉勝新．金屬材料力學(xué)性能手冊【Ｍ］．北京：機(jī)械Ｉ　、　“　版社，２０１１．　（編輯明濤）　作者簡介：尹建峰（１９８【卜），男，碩士，工程師，從事擠壓成型裝備　圖１３定模板ｖｏｎ　Ｍｉｓｅｓ圖　設(shè)計研發(fā)。　收稿日期：２０１４—０３—１０　１３２　機(jī)械工程師２０１４年第５期