剪板机实验测试与有限元分析.docx

剪板机实验测试与有限元分析.docx

《剪板机实验测试与有限元分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《剪板机实验测试与有限元分析.docx（54页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

剪板机实验测试与有限元分析

任务书

论文题目

VR6×4000剪板机实验测试与有限元分析

年级

专业

学生姓名

学号

主要内容：

1.能够熟练运用大型有限元软件进行数值分析并能够简单的改进或优化设计；

2.对剪板机的上刀架、下刀座、工作台、机架支点等关键部位在实际剪板载荷作用下进行动态位移测试，同时进行机床喉口处的应力与位移的动态测试，从而分析LGS-6×4050剪板机的变形大小，了解机床的加工精度；

3.在此基础上，建立剪板机的整机有限元模型，计算典型工况下的位移与应力，并与测试结果对比以验证有限元模型的正确性。

最后以提高机床的加工精度为目标进行参数化改进设计，最终获得最佳的结构设计形式；

4.查阅文献15篇以上，翻译不少于5000印刷符的英文资料；

5.撰写开题报告：

包括工作任务分析、调研报告或文献综述、方案拟定与分析以及实施计划等；

6.撰写毕业论文，篇幅不少于1万字。

主要任务及基本要求：

1、撰写开题报告：

包括工作任务分析、调研报告或文献综述、方案拟定与分析以及实施计划等；

2、查阅文献15篇以上，翻译不少于5000印刷符的英文资料；

3、熟练运有限元分析软件；

4、能够运用MSC/DYTRAN或ANSYS有限元软件建立简单结构的有限元模型，通过计算获得结构的应力应变场分布规律；

5、撰写毕业论文，篇幅不少于1万字。

主要参考文献：

[1]田万英,高建和,潘志华.折弯机压力不均匀分布研究[J].锻压装备与制造技术2011,（6）:

44-47.

[2]武锐,高建和,方开荣.折弯机机械补偿技术研究[J].机械制造与研究,2011,（6）:

62-64.

[3]李堑,王金荣,冷志斌,等.闸式剪板机刀架刚性的有限元分析[J].锻压装备与制造技术,2011,（6）:

33-36.

[4]史荣,张恒昌,李金英,等.斜刃剪板机剪切能力测定与机架有限元分析[J].冶金设备,2001,

（2）:

9-11.

[5]陈琪,高建和,吴宏祥,等.数控转塔冲床机身模态分析与优化设计[J].锻压装备与制造技术,2011（4）:

20-24.

[6]陈琪,高建和,宋子玲,等.数控转塔冲床床身有限元分析和优化[J].科教前沿,2010,（27）:

44-45.

[7]叶亮,高建和,田万英,等.激光切割机横梁的模态特性分析[J].扬州大学学报,2009,12

（2）:

75-78.

[8]刘营营,王强,杨晋穗,等.基于ANSYS的液压剪板机刀架有限元分析[J].设计与研究,2009,（6）:

35-39.

[9]顾祥军,张维强.基于ANSYS的剪板机机架有限元分析[J].科学技术与工程,2010,10

（2）:

476-478.

[10]陈曼龙.摆式剪板机刀架设计中应考虑的因素[J].锻压技术,2008,33

（1）:

116-118

[11]朱向楠,高建和,龚俊杰.VT--300型数控冲模回转头压力机机身的有限元分析与结构优化[J].制造业自动化,2005,27（11）:

44-47.

[12]王强,刘营营,杨晋穗.JCL-3×1800液压剪板机机架的有限元分析及结构改进[J].机床与液压,2010,38（18）:

14-16.

[13]王治杰.凸轮检测闸式剪板机刃口间隙的分析研究[J].机械研究与应用,2008,21（4）:

30-31.

[14]王成国,周祥.三点滚轮剪板机刀口间隙调节装置的设计[J].锻压装备与制造技术,2011,（5）:

37-39.

[15]杨青建.剪板机液压系统改造[J].液压气动与密封,2011,

（2）:

79-81

发出任务书日期：

　　　　　　完成期限：

指导教师签名：

　　　　　　　　　　　　　　专业主任签名：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年　　月　　日

参观实习报告

3月27日，我们都跟着老师去了扬州保来得科技实业有限公司参观实习。

到公司门口，从整体来看，公司规模很大，而且公司外面环境很好。

接着就进入了公司的讲解室，由公司员工给我们讲解他们公司的情况和一些注意事项。

之后就有工作人员带领我们进入内部参观。

根据介绍，扬州保来得科技实业有限公司成立于1993年，是保来得集团在中国扬州的合资工厂。

经过近二十年的发展，扬州保来得的研发、生产、服务等综合能力处于业内领先地位，产品广泛应用于汽车、电动工具、家用电器、微型电机等传统领域，同时也进入了医疗卫生、燃料电池等新型产业。

保来得的公司信条是：

本公司应以诚意及技术为本，全体员工以拥有此自尊为荣。

经营理念为精，精进不息改善，掌握先机经营；创造利润，与顾客、员工共享成果；努力于技术研发，走向国际化经营；培养优秀人才，全员参与经营。

从保来得公司的公司信条和经营理念上可以看出，这个公司很注重技术的发展，同时很尊重员工，能切实考虑到员工的根本利益。

而且我觉得一个公司能越走越远的根本就是诚信，做人也是这样，所以真心觉得保来得公司是很值得去工作的地方。

进入内部之后，第一感觉就是内部比外部更加整洁。

各个部门各尽其职，工作井然有序的进行。

公司有不同的车间，有成行，烧结，整形，模具加工，热处理等，而且每个车间有好多道工序。

公司的设备也是想当齐全的，有基本的一些设备，也有从国外引进高档设备。

保来得为了满足客户的需求，能更迅速地为客户提供品质安定的制品，并已形成独立而完善的生产线。

保来得公司为了有安定的高品质制品，又可高效率的量产，生产技术水准的提升是必需的，因此公司完整地导入了1Ton到750Ton的粉末成形机，最先进的烧结设备及自动整形装置等高性能的生产设备约400台投入所有生产过程。

而且，为了缩短开发周期，模具自制能力不断提高，已陆续导入瑞士AGIE线切割机和SODICK放电加工机20套，来完成高品质的模具。

一流的产品，绝对是一流的设备及一流的人才配合所生产出来的，保来得公司的设备、员工和高效率的工作都诠释了这一切。

保来得公司获得的奖项也很多，1997年7月获得德国TUV的ISO9002国际认证；1999年12月获得DNV的QS9000国际认证；2003年5月获得英国BSI的ISO9001:

2000和ISO/TS16949:

2002的证书，2006年7月获得英国BSI的ISO14001的证书和FORDQ1的证书。

琳琅满目的漂亮成绩单，让保来得公司赢得实至名归的荣誉。

尽管参观的时间只有短短的几个小时，但是却让我收获颇多。

一个公司能经营的那么好需要很多东西来支撑，诚信、高技术、高效率、员工的质量和积极性等等都决定了这个企业未来能走多远。

在工作人员讲解的时候，希望学生能考虑加入他们的团队，所以这是一个公司非常难得的品质，招贤纳士，为企业注入新的血液，不断革新。

而且这对我以后就业都是一个很好的参考，公司的品质就如人的发展一样，也要具有一些重要的品质，才能走得很稳很顺。

开题报告

设计（论文）题　目

VR6×4000剪板机实验测试与有限元分析

题目来源

题目类型

指导教师

学生姓名

学号

专业

开题报告内容：

（调研资料的准备与总结，研究目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段、内容及时间安排；完成毕业设计（论文）所具备的条件因素等。

）

本毕业设计（论文）课题应达到的目的：

（1）培养学生的调查研究以及资料、信息的获取、分析等综合能力；

（2）培养学生的工程设计能力，主要包括设计、计算及绘图能力；

（3）培养学生的综合运用专业理论知识，分析解决实际问题的能力；

（4）培养学生的在设计过程中使用计算机的能力；

（5）培养学生的撰写设计说明书、论文的能力；

（6）培养学生创新能力和创新精神。

本毕业设计（论文）课题工作进度计划：

起止日期

工作内容

毕业设计开始，查阅中外文资料，完成外文翻译，完成实习调研和实习报告，完成开题报告；

进行毕业设计，接收毕业设计中期检查，根据设计要求，进行机械结构原理设计和结构设计，撰写毕业设计论文；

修改完善毕业论文、准备毕业答辩、整理毕业设计期间的所有资料、成果并归档。

文献综述

一、前言

剪板机用于板材、型材的直线、曲线剪切和冲型、压型、剪断和精密切断等工作。

广泛地应用于电机电器、仪器仪表、无线电、农机、锅炉、金属结构、起重、桥梁、建筑机械、交通运输工业、冶金工业、船舶、航空和国防工业等部门。

我国剪板机的发展迅速，产量大幅度增长，技术水平有不同程度的提高，并在制造和剪切质量方面也取得一定的成绩，但与国外先进国家相比，差距还是很大。

国外锻压技术发展迅速,并越来越趋向于CNC、DNC和柔性自动化。

随着锻压技术的发展和满足单件小批量生产,只要用户需要,即能提供多功能的各种数控锻压机械及附属装置。

目前，我国对剪切件的需求量不断增加，对剪板机剪板精度的要求也随之增加，但是目前对于剪板机的设计仍然以依靠传统经验公式、数据、结构为主，较保守的经验数据通常会导致产品材料的浪费，造成成本的增加和生产周期的增加，严重制约了产品质量的提高，因此迫切需要引进先进的设计方法。

2、闸式剪板机简介

1、闸式剪板机机架

机架的主要由工作台、板墙、支座和支撑梁组成，其结构如下图1所示。

机架作为剪板机的主要受力部件，其结构必须有足够的静强度和刚度来达到其疲劳寿命、装配和使用的要求，同时还应有合理的动态特性来达到控制振动与噪声的目的。

在机架结构设计中，如果只考虑结构的静强度和刚度，很可能会在设计过程中造成机架局部结构的不合理，而导致整个剪板机在剪切中发生共振，产生噪声。

图1闸式剪板机机架图2闸式剪板机刀架

2、闸式剪板机刀架

刀架的主要组成部分如图2所示，剪板机刀架的刚性对金属板材的剪切质量都有着重要的影响，刀架刚性过小，将导致加工板材的直线度降低、毛刺变大，严重时会引起刀片的崩刃与机床剪切能力的下降，因此，刀架结构的合理设计，对提高刀架强度和刚度，提升剪板机剪切质量和加工能力，减轻刀架的重量，提高机床的经济性，都具有直接的影响。

由于剪板机刀架的结构比较复杂，采用经典的材料力学方法很难对其进行求解，有限元技术的发展为刀架刚性分析提供了一个有效的途径。

三、闸式剪板机有限元分析

现在针对剪板机进行有限元分析的成果较多，宁波大学的李国平利用有限元分析ANSYS对专用刀架进行结构静力分析，求解载荷作用下引起的位移、应力，通过应力和位移变形图；并且确定最大应力最小化为目标，对初始设计的刀架进行三个尺寸的优化，得出相对合理的结构尺寸。

天津理工大学的周耀东采用有限元软件ANSYS对THP34Y-2000液压机机架刚度和强度进行模拟分析，根据实际要求限制相应的自由度，通过加载计算得出结构的应力和变形的分布，并以此为基础进行了结构优化改进，提出了优化方案并进行优化计算，改善了液压机机身的动态，减小了机身的质量。

进行模态分析的作用在于提取结构固有频率及振型，它是做动力学分析的基础，也为结构的动态修改提供了重要的理论依据。

用有限元方法对剪板机刀架的刚性进行分析时，得出了在剪切力与剪切水平推力共同作用下，刀架会产生较大的水平方向的位移，此位移会引起上、下刀片之间的间隙加大，导致剪切板材的毛刺较大，用有限元方法对剪板机进行有限元建模，并进行线性静态分析。

从强度方面考虑，机架最大应力值远小于许用应力，其强度满足使用要求；从刚度方面考虑，机架的整体变形很小，整体来说机架的刚度也是满足使用要求的，但是对于闸式剪板机来说，刀架与机架刀片位置的局部刚性非常重要，直接决定着所剪钢板的质量，因此在使用有限元软件ANSYSWorkbench进行分析时，应非常注意这两个位置的变形，同时对于剪板机喉口处的应力也应注意，并结合试验测试数据进行对比以便于建立准确的有限元模型，最后要对一些危险区域进行强化，做一些结构优化。

文献[3-4]分别对闸式和摆式剪板机的刀架设计进行了研究，主要对刀架在剪切钢板过程中，由于刚性不足导致被剪钢板直线度下降，断面质量变差，喉口应力较大等问题进行了有限元仿真。

顾祥军[9]基于ANSYS有限元软件对剪板机的机架进行了线性静态分析和模态分析，分析出机架的刚度和强度值。

史荣[4]对斜刃剪板机的剪切力及机架应力进行了现场实测与有限元分析，并采用有限元法对机架应力与变形进行了分析,找出机架结构的薄弱环节。

四、总结

剪板机系量大面广的产品，随着钢铁工业的发展，剪板机的品种规格、产量势必将有更大的发展。

这就向技术水平、产品结构和使用性能、制造质量等提出了更高的要求，以满足我国工业发展的需要。

（1）结构性能和使用性能须要进一步提高，如提高机床刚性，增大压料力是提高剪切质量的有力措施，压料力取1/3-1/2剪切力为宜，机械传动剪板机采用液压压料能保证有足够和稳定的压料力，上下刀片间隙的均匀性、准确和稳定，是提高薄板剪切质量的重要因素，因此采用同步调整全长刀片间隙机构为好。

调整后锁紧要可靠，并按被剪板厚实现调整。

（2）应该重视和加强基础技术工作。

近年来虽对剪板机进行了应力测试，但毕较零乱。

应系统的，全面的测试、分析、总结、计算、从而才能做好强度和刚度设计，也有利于制定刚度标准，应进行影响剪切质量的因素和提高剪切质量措施的试验工作和制定剪切质量标准。

（3）剪板机刀片的用量很大，需要组织定点集中生产，有利于提高刀片制造质量和产量，节省合金材料，降低成本，延长寿命。

主要参考文献

[1]田万英,高建和,潘志华.折弯机压力不均匀分布研究[J].锻压装备与制造技术,2011,（6）:

44-47.

[2]武锐,高建和,方开荣.折弯机机械补偿技术研究[J].机械制造与研究,2011,（6）:

62-64.

[3]李堑,王金荣,冷志斌,等.闸式剪板机刀架刚性的有限元分析[J].锻压装备与制造技术,2011,（6）:

33-36.

[4]史荣,张恒昌,李金英,等.斜刃剪板机剪切能力测定与机架有限元分析[J].冶金设备,2001,

（2）:

9-11.

[5]陈琪,高建和,吴宏祥,等.数控转塔冲床机身模态分析与优化设计[J].锻压装备与制造技术,2011（4）:

20-24.

[6]陈琪,高建和,宋子玲,等.数控转塔冲床床身有限元分析和优化[J].科教前沿,2010,（27）:

44-45.

[7]叶亮,高建和,田万英,等.激光切割机横梁的模态特性分析[J].扬州大学学报,2009,12

（2）:

75-78.

[8]刘营营,王强,杨晋穗,等.基于ANSYS的液压剪板机刀架有限元分析[J].设计与究,2009,（6）:

35-39.

[9]顾祥军,张维强.基于ANSYS的剪板机机架有限元分析[J].科学技术与工程,2010,10

（2）:

476-478.

[10]陈曼龙.摆式剪板机刀架设计中应考虑的因素[J].锻压技术,2008,33

（1）:

116-118.

[11]朱向楠,高建和,龚俊杰.VT--300型数控冲模回转头压力机机身的有限元分析与结构优化[J].制造业自动化,2005,27（11）:

44-47.

[12]王强,刘营营,杨晋穗.JCL-3×1800液压剪板机机架的有限元分析及结构改进[J].机床与液压,2010,38（18）:

14-16.

[13]王治杰.凸轮检测闸式剪板机刃口间隙的分析研究[J].机械研究与应用,2008,21（4）:

30-31.

[14]王成国,周祥.三点滚轮剪板机刀口间隙调节装置的设计[J].锻压装备与制造技术,2011,（5）:

37-39.

[15]杨青建.剪板机液压系统改造[J].液压气动与密封,2011,

（2）:

79-81.

本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）

本课题要研究的问题：

如何使用workbench对剪板机进行有限元分析。

1）首先利用solidworks建模，将模型导入workbench进行分析。

2）对剪板机的上刀架、下刀座、工作台、机架支点等关键部位在实际剪板载荷作用下进行动态位移测试

3）然后进行机床喉口处的应力与位移的动态测试

4）建立剪板机的整机有限元模型，计算典型工况下的位移与应力，并与测试结果对比以验证有限元模型的正确性。

中文摘要

随着我国工业化的进程，剪板机被大量使用。

市场对于产品的要求也越来越高，对于剪板机的剪板质量提出了新的要求。

剪板机在对厚度为6mm,宽度为4000mm的板材进行剪切的过程中，剪板机刀架与机架的刚性对金属板材的剪切质量有着重要的影响。

利用有限元分析软件ANSYSWORKBENCH对剪板机的上刀架、下刀座在实际剪板载荷作用下进行动态位移测试，同时进行机床喉口处的应力动态测试，从而分析VR6×4000闸式剪板机的变形大小，了解机床的加工精度。

在此基础上，建立剪板机的刀架和机架的有限元模型，计算典型工况下的位移与应力，并与测试结果对比，发现有限元分析结果与实验测试结果具有较好的一致性，从而验证了闸式剪板机刀架与机架有限元模型的正确性。

以提高机床的加工精度为目标对闸式剪板机进行参数化改进设计，最终获得最佳的结构设计形式。

关键字：

闸式剪板机，刚性，应力分布，有限元分析

Abstract

Alongwithourcountryindustrialization,shearingmachineiswidelyused.Withtheneedfortheproductsisbecominghigherandhigher,themarketputsforwardnewrequirementforshearingquality.

Shearingmachinecancarryouttoshearplate,whosethicknessis6mmandwidthis4000mm.Duringtheshearingprocess,Shearingmachineturretrigidityandframerigidityhaveanimportantimpactonshearqualityofthesheetmetal.By using finiteelementanalysis software ANSYS WORKBENCH, the tool carrier and the cutter holder of Shearing machine can be tested in the dynamic displacement under actual shear loading,thethroatof machine is also in the dynamic stress test.Thus, it can analyze VR

4000 brake-type shear deformation size and the machining accuracy of machinecanbeknown.On this

 basis, the shearing machine’s tool slide and frame finite’s element model and calculating the displacement and stress under typical working conditionscanbeestablished.Compared

 with test results, it is found to be consistent between the finite element analysis results and the experimental testing result,which verified the correctness of the finite element model for the brake type shearing machine’s tool slide and frame. With the goal ofimproving 

the machining accuracy of machinetool,parametricdesignimprovements arestudied in

 order to get the best structure design form.

Keywords:

Braketypeshearingmachine,Rigidity,Stressdistribution,Finiteelementanalysis

目录

中文摘要I

AbstractII

第一章绪论1

1.1课题研究的目的和意义1

1.2剪板机的基础知识概述1

1.2.1剪板机的应用和分类1

1.2.2闸式剪板机的研究现状2

1.2.3剪板机技术未来发展趋势3

1.3闸式剪板机的结构组成3

1.4闸式剪板机刀口间隙调节装置5

1.5压紧装置的选择5

第二章闸式剪板机的实验测试7

2.1测试内容7

2.2测试仪器设备7

2.3应力测试测点分布及测试结果7

2.3.1测点位置示意图8

2.3.2测点应力测试结果9

2.4位移测试测点分布及测点位移10

2.4.1垂直板测点分布及测点位移10

2.4.2工作台水平板测点位置及测点位移11

2.4.3上刀架测点位置及测点位移11

2.4.4下刀架位移测点位置及测点位移12

2.4.5前面板位移测点位置及测点位移12

2.4.6下支座（前）测试位置及测试结果13

2.5测试结果分析与总结14

第三章闸式剪板机有限元分析15

3.1有限元基本概念与ANSYSWorkbench软件介绍15

3.1.1有限元基本概念15

3.1.2workbench软件介绍16

3.2有限元分析18

3.3应力云图分析22

3.4位移云图分析24

3.5结论28

第四章剪板机结构改进设计29

4.1优化方案29

4.2优化结果比较30

4.3结论32

第五章总结与展望33

5.1总结33

5.2展望33

致谢35

参考文献36

英文文献

第一章绪论

1.1课题研究的目的和意义

为了跟上发展迅速的机械工业，肯定少不了加工工具，而剪板机就是其中一种。

当今社会发展的大潮流就是所有的机械装置都朝着节能化、智能化、高精度、低成本的方向发展。

因此课题设计的目的就是在之前设计理论和实践经验的基础上，加上个人的想法和可行性理论，将剪板机做得更加完善，提高了机架与刀架刚性，提高了加工质量和机床的加工精度。

课题设计的意义是完成教学计划达到本科生培养目标的重要环节。

学生通过毕业论文，综合性的运用了大学四年所学知识进行分析、解决一个问题，它既是一次检阅，也是一次锻炼。

通过这次检验，可以提高学生的综合设计能力、科研能力（包括实际动手能力、查阅文献能力、撰写论文能力），同时还是一次十分难得的提高创新能力的机会。

我利用所学机械各方面的知识，选择这个课题为我的毕业设计，设计中主要以课本以及各种参考资料作为依据，从基础入手，循序渐进，逐步掌握设计的一般方法，把所学知识形成一个整体，以适应以后的工作需要。

当然，初次设计，经验不足，一些问题考虑可能有些欠缺，恳请各位老师批评指正。

1.2剪板机的基础知识概述

1.2.1剪板机的应用和分类

剪板机用于型材、板材的直线、曲线剪切和冲型、压型、剪断和精密切断等工作。

并且广