630t立式冷挤压机有限元分析与改进设计.docx
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630t立式冷挤压机有限元分析与改进设计
题目申报表
设计（论文）题 目
630t立式冷挤压机有限元分析与改进设计
题目类型
题目来源
面向专业
指导教师
职 称
学 位
从事专业
题目简介：
本课题主要对630t立式冷挤压机进行有限元计算，分析挤压机在承受630t和1000t载荷作用时，床身的应力和变形分布规律，从而了解机床的强度和刚度。
在此基础上，运用大型通用有限元软件对挤压机进行整体建模，分析得到各个部件应力与变形的全场分布规律，并对挤压机进行改进设计，在保证挤压机强度的基础上，提高机床的刚度和加工精度，减轻床身的重量以节省材料和制造成本。
审核意见：
审核人签名：
年月日
题目类型－－1、为结合科研；2、为结合生产实际；3、为结合大学生科研训练计划；
4、为结合学科竞赛；5、模拟仿真；6、其它
题目来源－－A.指导教师出题；B.学生自定、自拟
任务书
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，学习有限元软件的使用方法、进行理论计算与有限元模拟、分析模拟结果，接收毕业设计中期检查，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。
所在专业审核意见：
负责人：
年月日
学院意见：
院长：
年月日
任务书
论文题目
630t立式冷挤压机有限元分析与改进设计
年级
专业
学生姓名
学号
主要内容：
本课题主要对630t立式冷挤压机进行有限元计算，分析挤压机在承受630t和1000t载荷作用时，床身的应力和变形分布规律，从而了解机床的强度和刚度。
在此基础上，运用大型通用有限元软件对挤压机进行整体建模，分析得到各个部件应力与变形的全场分布规律，并对挤压机进行改进设计，在保证挤压机强度的基础上，提高机床的刚度和加工精度，减轻床身的重量以节省材料和制造成本。
主要任务及基本要求（包括指定的参考资料）：
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630t立式冷挤压机进行有限元计算，分析挤压机在承受630t和1000t载荷作用时，床身的应力和变形分布规律，从而了解机床的强度和刚度；
3.在此基础上，运用大型通用有限元软件对挤压机进行整体建模，分析得到各个部件应力与变形的全场分布规律，并对挤压机进行改进设计，在保证挤压机强度的基础上，提高机床的刚度和加工精度，减轻床身的重量以节省材料和制造成本；
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。
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
开题报告
设计（论文）题 目
630t立式冷挤压机有限元分析与改进设计
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。
）
文献综述
一前言
近几年来，随着工业生产及科学技术的蓬勃发展，冷挤压技术也得到了迅猛发展。
不少高等学校、科研院所和企业公司都开展了冷挤压技术的实验研究，其成果已广泛应用于现代制造业。
中国-江苏森威集团股份有限公司掌握了多工位冷锻生产技术，批量生产自行车、摩托车、汽车精锻件，已形成年产3000t冷锻件的能力。
长春一汽汽车工艺研究所已熟练掌握汽车轮胎螺母和花键轴的冷挤压成形，并且正式向外转让技术。
中国现在已可以生产1600~10000kN的各种型号冷挤压设备。
美国National公司是世界上生产多工位冷锻机的研究中心。
现在又将具有5-6工位的冷锻机研制成"成形中心"，具有很大的柔性，既能适应锻件不同形状、不同高度，也能适应工序间工件翻转和多台阶加工。
利用这种"成形中心"可以加工各种各样的紧固件以及其他较为复杂的带凸缘或带孔的挤压件，它完全由微机处理，由可编程控制器自动控制，换模时间仅需几十秒钟。
德国舒勒公司生产X系列单工位冷挤压机、KB系列多工位立式冷挤压机、GB系列多工位卧式冷挤压机。
随着冷挤压工艺的日趋成熟和发展，与其相应的冷挤压设备也在不断更新和完善。
为了满足冷挤压工艺的需要，冷挤压设备的结构性能必需满足其工艺对设备力能特性和速度特性的要求。
在挤压设备方面，中国已具备设计和制造各级吨位挤压压力机的能力。
除采用通用机械压力机、液压机、冷挤压力机外，还成功地采用摩擦压力机与高速设备进行冷挤压生产。
二本课题研究的的意义
目的：
我国冷挤压机和国外比有很大差距，主要原因在分析研究上，国外不仅用计算机模拟仿真技术，还通过大量的实验来模拟。
而我国主要是通过理论计算，根据经验来估算许用应力，再用有限元分析软件来分析，但侧重静态分析，很少用模拟实验装置来做大量的实验。
本课题的研究希望能动态分析设计，优化选择方案，实现冷挤压机的高速化和自动化，提高机床的精度，减轻质量，提高寿命，增加我国压力机在国际市场的竞争优势。
意义：
本课题主要是通过有限元分析法来进行静、动态分析，模拟冷挤压机床身的变形、应力分布和振动情况，选择最优方案，提高我们机械结构的分析设计能力。
另外应用这些先进的分析方法，还能够提高我国压力机的刚度、精度、稳定性和使用寿命，提高国际竞争优势。
三本课题研究的内容
630t立式冷挤压机拉力肘机构是由滑块机构加上曲柄摆杆机构组成。
由于两套机构均接近于死点附近区域内工作，所以这种压机滑块的工作行程速度缓慢，有利于冷挤压工艺，又由于机构具有急回特性，对提高生产效率有利，因此，这种机构广泛适用于冷挤压机。
360t立式冷挤压机拉力肘杆机构件尺寸参数是用计算加作图的方法来确定。
由于作图及测参数，按严格的几何关系推导出拉力肘杆机构构件尺寸参数的计算公式。
这不仅使压机的滑块行程、工作行程和急回特性系数精确地满足预先给定的值，而且机构的所有构件尺寸参数都是有计算公式确定的，不需要作图的方法来确定。
与通用产品一样，当确定压力机各部位工作正常后。
应对压力机进行空转和轻负荷试验，以检查导轨发热、精度变化情况，并根据需要进行适当的调整。
当滑块处于最大装模高度时的精度调整合格后，再按通过产品的要求，进行中间、最小装模高度时滑块精度的检测和调整。
此时由于压力机的各连接部位、定位部位和导向部位均已确定并固定好，滑块精度仅受调整螺杆积累误差以及连杆、导柱、调整螺杆三者的刚度影响。
目前机械压力机的液压过载保护系统的满负荷压力都在20MPa左右，超负荷压力约为22MPa，液压垫的预压力约为10MPa。
这些压力值既可以使压力机的液压过载保护容易实现，又可保证液压垫的液压刚性而且，整个液压过载系统简单可靠，维修方便。
630t立式冷挤压机的精度要求很高，机身作为压力机的一个关键部件，其强度和刚度对压力机的精度起决定性的作用，它不仅影响压力机的工作性能，使用寿命，还直接影响安装在机床上的各种模具的寿命及成形零件的加工精度，故合理地设计机身具有十分重要的意义。
因此对630t立式冷挤压机机身我们利用有限元方法分析机身的受力，并对其进行实际的动静态应力测试，以验证有限元的正确性，而后利用模态分析结果，对机身结构进行优化设计，使其在方便零部件的安装和结构可靠性方面都达到了最优化的效果。
1有限元计算，建立机身力学模型，建立有限元模型，计算结果分析。
2动静态应力测试，布片位置，应力测试数据计算。
3有限元计算结果约测试结果比较，应力比较，变形比较，比较结果。
4优化设计5得出结论。
运用有限元方法对630t立式冷挤压机机身进行受力分析与结构优化，能够准确地计算出机身各个部位的应力和应变，在保证机身强度、刚度的前提，提供最优化机身的焊接结构形式与焊接钢板厚度，使所设计的机身有最好的使用性能和最低的材料消耗与制造成本，以便获得最佳的经济效益和社会效益。
630t立式冷挤压机多采用斜刃剪切，由于结构简单、故障率低、剪切效率高和剪切后板料不发生弓形、翘曲、扭曲变形而得到广泛使用。
在剪切过程中，随着刀架做回转运动，立式冷挤压机剪切后角及剪切会发生变化。
刀架作直线运动的挤压机剪切力计算来进行，造成计算不准确，使设计尺寸出现偏差，并进而影响其实用性能。
立式冷挤压机剪切力的计算一般采用刀架作直线运动的斜刃剪板机剪切力计算公式进行计算。
尽管理论上是可行的，但是由于实际制造中为简化加工工艺，将刀片安装面由空间螺旋面简化成平面，从而造成在剪切过程中剪切间隙和剪切后角变化而变化，而较大的剪切前角则会使刀具出现早期损坏。
由于目前立式冷挤压机刀架刀片安装面制造大多采用简化工艺，因此有必要在计算其剪切力时考虑剪切间隙和剪切前、后角变化的影响。
挤压机刀架的刚性对金属板材的挤压质量有着重要的影响，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。
随着人们对产品质量要求的提高，工件的加工质量主要体现在角度及直线精度上，而挤压机的折弯精度是决定板件折弯质量的首要因素。
挤压机的滑块及工作台弹性变形导致的压力分布不均匀，会造成滑块及工作台挠曲变形，影响折弯精度。
挤压机机械补偿方式由于其灵活性好、成本低能实现挠度的连续补偿等优点，在传统机械式楔形补偿器的基础上，提出了一种全新结构的楔形补偿器，建立了一整套压力补偿效果测试系统，验证了其在解决压力不均匀问题可行性。
学生签名：
指导教师审核签名：
日期：
主要参考文献
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毕业设计过程
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，学习有限元软件的使用方法、进行理论计算与有限元模拟、分析模拟结果，接收毕业设计中期检查，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
参观实习报告
一、实习目的
1通过本次实习参观使我能够从理论高度上升到实践高度，更好的实现理论和实践的结合，为我以后的工作学习奠定初步的知识
2通过本次实习使我能够亲身感受到学生与职工的差别。
3本次实习对我完成毕业设计起到很重要的作用。
二、实习时间
2014年3月26日
三、实习单位
扬州宝来得科技有限公司
四、参观主要内容
2014年3月26日，我们来到了扬州宝来得科技有限公司，首先一位科长为我们介绍了公司的基本情况，宝来得是一家现代化粉末冶金机械零件生产企业.这家公司是全国最大的粉末冶金制造企业，主要经营粉末冶金制品，该产品主要用于电动工具、汽车、电器。
Portia（保来得）是保来得集团公司识别商标名，代表高精度，高品质的粉末冶金专业制品，集团近40余年的研究开发，已成为世界著名汽车、机车粉末冶金烧结机械零件的主要供应商，扬州保来得工业有限公司是由香港保来得及扬州粉末冶金厂共同合资成立，并于1993年3月起动工兴建的大型粉末冶金制造厂。
技术雄厚，设备精良，检测手段完善，引进美国，日本当今世界一流的压机、烧结、模具加工、检测等设备。
压机最大吨位达1000吨，产品广泛配套于汽车、摩托车、家用电器、工程机械等领域。
公司主要产品是汽车粉末冶金机械零件、汽车用泵类粉末冶金零件。
进入车间以后，科长带我们参观完整条生产线。
生产流程为原料粉末-成形-烧结-金属材料、复合材料、各种类型产品。
粉末冶金设备1真空烧结炉2还原炉3挤压机
通过介绍我们知道原料混合是零件制造中的第一步，也是非常重要的一步，混料的好坏直接关系到零件的强度等。
之后来到压制车间，通过压制将粉末压制成具有固定外形的零件，压制车间有很多压制机器，有些价值2000多万，有250吨压力的，作用在
小面积上就有了很高的强度，粉末通过压制成形，之后来到烧结车间，将烧结、吸气、浸铜一步完成，将零件放到耐高温基底上，然后用刷子将零件表面可能带有的原材料粉末刷干净放在底座上，然后将压制好的铜饼放在零件上。
耐火传送带就会带着零件进入机器内部，这个装置自动化集成化程度很高，只需在左端零件放入口和最右端的零件收集需要人工。
最后将产品放入模子中整型。
通过这次参观使我对其生产有了清晰的了解，也为之后的毕业设计打下了基础。
把实践与理论联系起来。
摘要
本文主要是通过有限元分析软件ANSYS对630t立式冷挤压机机身进行静态分析，并根据静态分析结果分析应力分布和变形情况，来进行结构优化设计。
在对630t立式冷挤压机机身结构进行受力分析时，将机身底面四个脚采用固定约束方法限制其6个自由度，并在加载区施加均布载荷，然后计算结果，分析机身整体应力云图和垂直Z向整体变形图，找到机身应力集中区和薄弱环节，提出改进方案。
根据计算结果发现，床身整体应力不大，说明强度足够，但是机床垂直方向变形量较大，导致加工精度较差。
所以需要研究如何在降低机床变形量，提高加工精度的条件下，同时减少材料以降低成本。
针对该机身结构存在的问题，本文提出了十种优化方案，并把每个方案分别建模，导入有限元软件ANSYS，分析其强度和刚度，然后分析比较每个方案的计算结果，最终获得最优的改进方案。
该方案不仅可以明显提高机身的刚度，达到了机床加工精度的使用要求，还减轻了床身的质量，降低了生产成本。
关键词630t冷挤压压力机，有限元，静态分析，改进设计。
Abstract
Thisarticleisfor630tVerticalcoldextrusionmachinebodystaticanalysisbyfiniteelementanalysissoftwareANSYSandstaticanalysisbasedontheresultsofthestressdistributionanddeformationanalysis,toimprove,compareandchoosethebestsolution.Whencoldextrusionmachineto630tVerticalfuselagestructureisanalyzed,theundersideofthefuselagefourfeetfixedconstraintmethodtolimititssixdegreesoffreedoms,andimposeuniformloadintheloadarea,andthencalculatetheresults,analysisZstresscloudanddowntothedeformationmaps,findbodystressconcentrationzoneandweaknesses,toimprovetheprogram.
Accordingtotheresults,itwasfoundthatthestrengthparametersissurplus,buttheamountofdeformationislarge,theprecisionisnotenough,sothenextstepistoensuretheaccuracyintheconditionstominimizethematerialinordertoreducecosts.Thefuselagestructurefortheproblem,thispaperpresentsanoptimizationprogramten,andthemodelingofeachprogramseparately,importingfiniteelementsoftwareANSYS,staticanalysisofitsstrengthandstiffness,andcomparativeanalysisoftheresultsofeachprogram,eventuallyfindtheoptimalimprovementprogram,notonlyimprovestheprecisionofthebody,reachingthemachinerequirements,butalsoreducethemassandreducethecost.
Keywordsclosedpress,finiteelementmethod,staticanalysis,improvementdesigns
1.3冷挤压压力机研究现状2
外文文献
第一章绪论
1.1本课题研究概况
第一台2000KNPK型肘杆式精压机于1933年诞生于日本会田株式会社，到现在为止已经生产超过2000多台PK系列压力机[9]。
30年代，德国成功开发刚才的磷化处理工艺，为钢制冷挤压零件的成形创造了条件，并在1955年就开始冷挤压技术应用于汽车锻件的生产[9]。
随着汽车工业的快速发展，对高精度、高效率压力机的需求愈加迫切，日本70年代就研发出CFT系列多工位压力机，和肘杆式K型精压机，1988年研究出FMX系列压力机，同时日本小松研制出L1C系列和L2C系列冷锻成形压力机，这些压力机精度高，操作简单，直闭式机身坚固，变形小，滑块调节量大，不需要润滑的导轨，另外还有自动送料装置和快速换膜装置，生产效率高，适宜冷（温）挤压工艺[9]。
现在美国又将具有5～6工位的冷锻机升级为“成形中心”，可以加工各种形状结构复杂的锻件。
世界正在发展温冷挤压复合成形工艺。
美国的国民公司、德国的舒勒公司、日本的小松等均研发出整套冷温锻造工艺和生产线装备[9]。
上世纪70年代开始，我国开始将冷挤压技术应用到自行车、摩托车和汽车等锻件的生产当中，但是由于当时没有从根本上解决工艺，材料，自动化及后处理等技术问题，使得冷挤压技术没有得到快速发展[9]。
80年代随着交通工具的发展，冷挤压设备技术的引进，使得我国对冷挤压设备的需求也越来越大，已经掌握多工位冷锻成形工艺，已经可以用冷挤压设备生产表壳、自行车锻件、精锻齿轮、火花塞、汽车等速万向节和照相机配件等等，已经赶上国外先进生产水平。
而中国J88型冷挤压机拉力肘杆机构是由曲柄滑块机构加上曲柄摆杆机构组成[9]。
由于两套机构均接近于下死点附近区域内工作，所以，这种压机滑块的工作行程速度缓慢，有利于冷挤压工艺，又由于机构具急回特性，对提高生产效率有很大作用，因此，这种机构广泛使用于冷挤压机。
我国肘杆机构冷挤压机已经发展成形，相继出现等长肘杆机构，球头式不等长肘杆机构和三角形连杆肘杆机构。
其中三角形连杆肘杆机构的最大优点是既能够增大滑块的全行程量及工作行程，又能起到增力作用。
因此，三角形连杆肘杆机构适合于滑块行程及工作行程较大受力也较大的冷挤压工艺[9]。
1.2课题研究背景和来源
冷挤压压力机是锻压机械的一种，通过通用曲柄连杆机构或肘杆机构以及其他如齿轮机构等传动，加工精度高，生产效率高，易于实现机械化，自动化生产，冷挤压零件在汽车中所占的比例越来越大，所以大力研究和发展冷挤压设备对提高我国机械工业生产力是非常重要的，但是在我国，对于压力机的设计多是采用经验和类比的传统分析设计方法，最后设计出的压力机往往存在很多问题，比如：
机床笨重，速度低，精度差，耗时长，成本较高，而且性能差，生产效率低，无法和发达国家已经定型的较成熟的设备相比，竞争压力较大。
所以我国企业必须改变传统的研究设计方法，如现在国内外主流的有限元分析法。
随着计算机辅助设计技术的快速发展，有限元现代结构分析法已用运而生并且已被广泛地应用于汽车，工程，机床等诸多领域，对现代结构设计发挥重要作用。
本课题主要来源于校企合作的自选课题，对630t立式冷挤压机进行有限元分析与结构改进，提高刚度和精度，并减轻质量。
1.3冷挤压机的研究现状
赵长样[10]等对J31-400冷挤压压力机进行了研究，发现J31-400冷挤压压力机在自行车生产中不适合左右后花盘的挤压工艺要求问题，提出了改进方案，通过理论计算和有限元仿真手段，设计出了JA87-500冷挤压压力机，该机采用的是下传动偏心式闭式立式结构，如下图1-1JA87-500冷挤压压力机动作原理简图。
图1-1JA87-500冷挤压压力机动作原理简图
为了改善压力机受力情况和走动特性，采用了滑块中心和偏心齿轮中心有一定偏距的偏置机构，如下图1-2所示JA87-500齿轮滑块偏置机构。
图1-2JA87-500齿轮滑块偏置机构
采用该机构有以下几点好处：
（1）改变滑块正反行程运动规律，有利于进行冷挤压工艺。
（2）偏置后减少了滑块对导轨的作用力，提高了机床的导向精度。
JA87-500冷挤压压力机适应性强、行程大、吨位高、能量足，提高了我国锻件的生产能力和加工精度，已经成为了我国大吨位专用冷挤压压力机。
1.4本课题的研究目的及意义
目的：
我国冷挤压机和国外比有
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