630t立式冷挤压机有限元分析与改进设计设计说明书

本科生毕业论文 毕业论文题目 630t 立式冷挤压机有限元分析与改进设计 学 生 姓 名 专 业 班 级 指 导 教 师 完 成 日 期 I 毕业设计（论文）前期工作材料 学 生 姓 名： 学号： 教 科 部： 专 业： 设计（论 文）题目： 630 指 导 老 师： 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备注 1 毕业设计（论文）选题、审题表 1 2 毕业设计（论文）任务书 1 3 毕业设计（论文）实习调研报告 1 4 毕业设计（论文）开题报告（含文献综述） 1 5 毕业设计（论文）外文资料翻译（含原文） 1 6 毕业设计（论文）中期检查表 1 年 月 日 件二： 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）题目申报表 设计（论文）题 目 630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 630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 ； 拟 毕业设计（论文）任务书 教 科 部： 专 业： 学生姓名 : 学号 : 毕业（论文）题目： 630 起 迄 日 期： 设计（论文）地点： 指 导 老 师： 专 业 负 责 人： 发任务书日期： 年 月 日 毕业设计（论文）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 附件五： 毕业论文任务书 论文题目 630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）： 2. 对 630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； 5篇以上，翻译不少于 5000印刷符的英文资料； 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； 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 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 学 号 ： 专 业： 设计 (论文 )题目： 630 指 导 老 师： 年 月 日 附件六： 毕业设计（论文）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 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 3000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 160010000 美国 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 B 系列多工位立式冷挤压机、 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 630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 20负荷压力约为 22压垫的预压力约为 10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。 630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。 630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 1 罗中华 J1997， （ 2） :582 罗中华 J 1997，（ 2） :233 罗中华 8 型卧式冷挤压机压力肘杆机构的优化设计 J1996，（ 1） :1064 赵长样 7 500冷挤压力机的研制 J1994,（ 3） :405 陈曼龙 J33（ 1）： 1176 柏甫荣，高建和 J 2010，（ 11）： 907 顾祥军 J2010， 10（ 2）： 4768 刘营营 J2009，（ 6）： 359 王晓强 J2007，（ 3）： 2810 李健 J1998，（ 2） 3711 陈琪 J2010，（ 27）： 4412 陈琪 J2011，（ 4）： 2013 史荣 J 126）： 914 李堑 J2011，（ 6）： 3315 武锐 J2011，（ 6）： 6216 高建和 J 6）： 44 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 要经营粉末冶金 制品 ，该产品主要用于电动工 具 、汽车、电器。 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 烧结 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。 附件七： 毕业设计（论文）中期自 查表 （中期教学检查用） 学生姓名 学号 专业 班级 指导教师 职 称 副教授 设计（论文）题 目 630t 立式冷挤压机有限元分析与改进设计 个人精力 实际投入 每天平均工作时 间 迄今缺席天数 出勤率 % 指导教师每周指导次数 每周指导时间（小时） 未指导的周次及原因 毕业设计（论文）工作进度（完成）内容及比重 已完成主要内容（ 30 %） 待完成主要内容（ 70 %） 前期材料以及外文翻译 挤压机的有限元分析与改进设计 存在问题及解决方案 不怎么会使用 件，向同学以及学长请教 指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 附件八：毕业设计（论文）指导教师审阅意见表 设计（论文）题目 630t 立式冷挤压机有限元分析与改进设计 学生姓名 专业 班级 指导教师姓名 职称 得分 指导教师审阅意见： 指导教师签名： 年 月 日 附件九： 毕业设计（论文） 评阅人意见表 设计（论文）题目 630t 立式冷挤压机有限元分析与改进设计 学生姓名 专业 班级 评阅人姓名 职称 得分 评阅人意见： 评阅人签名： 年 月 日 附件十： 毕业设计（论文）答辩结果表 设计（论文）题目 630t 立式冷挤压机有限元分析与改进设计 学生姓名 专业 班级 答辩记录： 答辩小组意见： 得 分 组长签名 日 期 答辩委员会意见： 指导教师评 分 评阅人评 分 答辩小组得 分 结构分 最终成绩 主任签章 日 期 I 摘 要 本文主要是通过有限元分析软件 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 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 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 630 有限元 ， 静态分析 ，改进设计。 is 30t by on of to 30t is of to of in to to to it is of is is so is to in to in to an of of of of of 目录 摘要 . I . 一章 绪论 . 1 课题 研究概况 . 1 究背景和来源 . 1 挤压压力机研究现状 . 2 究目的及意义 . 2 要研究内容 . 4 第二章 机身结构的静态分析 . 5 件简介 . 5 绍 . 5 主要技术特点 . 6 限元求解的基本步骤 . 7 身 简介 . 7 立有限元模型 . 9 . 9 格划分 . 10 界条件 . 11 料特性 . 12 算结果分析 . 12 身的应力应变要求 . 12 始模型整体应力图 . 13 始模型 整体变形图 . 错误 !未定义书签。 4 第三章 机身结构的改进设计 . 15 进方案一 . 15 进方案二 . 17 进方案三 . 18 进方案四 . 20 进方案五 . 22 进方案六 . 24 进方案七 . 26 进方案八 . 28 进方案九 . 30 进方案十 . 32 佳方案确定 . 35 结与说明 . 36 第四章 结论与展望 . 37 论 . 37 望 . 37 致谢 . 38 参考文献 . 39 外文文献 胡远江 630t 立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计 1 第一章 绪论 课题研究概况 第一台 2000K 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 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 肘杆式 1988年研究出 时日本小松研制出 列和 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 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。 胡远江 630t 立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计 2 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 630高刚度和精度，并减轻质量。 挤压机的研究现状 赵长样 10等对 挤压压力机进行了研究，发现 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 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 图 1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轮滑块偏置机构。 胡远江 630t 立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计 3 图 1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。 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。 课题的研究目的及意义 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。 胡远江 630t 立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计 4 文主要研究内容与要求 本课题主要是对 630t 立式冷挤压机床身进行有限元计算，分析挤压机在承受 800t 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 ,本课题要求加工精度小于 1上下两加载板之间的总变形量小于 1上加载板前后左右变形量要一致，避免机身前后或者左右发生扭曲变形，否则严重影响加工精度，在此基础上考虑到机身应力的合理分布，要减轻床身的重量以节省材料和制造成本。 胡远江 630t 立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计 5 第二章 机身结构的静态分析 对于 630t 立式冷挤压压力机分析，主要采用 限元软件进行应力与变形的计算，通过分析计算得到的云图，了解强度和刚度，以此来分析机床的刚性和加工精度。 件简介 绍 件是融结构、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于核工业、石油工业、航空航天、机械制造、能源、船泊、土木、海洋工程、生物工程等许多领域。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国 司开发 件接口，实现数据的共享和交换，如 I ， 是现代产品设计中的高级具之一，是有限元法的在工程上的实际应用。 件是第一个通过量认证的大型分析设计类软件，是美国机械工程师协会 （ 美国核安全局（ 近二十种专业技术协会认证的标准分析软件。在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院十七个部委推广使用。现在已经通过了 000 质量体系认证 17。 件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。 前处理模块（前处理器）提供了一 个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。包括参数定义、实体建模、网格划分 17。 分析计算模块（求解器）包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。在次阶段，我们进行分析类型定义、分析选项、载荷数据和载荷选项。 后处理模块（后处理器）可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内 部）等图形 胡远江 630t 立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计 6 方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。在 后处理模块分为通用后处理模块（ 和时间历程后处理器（ 17。 启动 入欢迎画面以后，程序会停留在开始平台。我们可以从开始平台（主菜单）可以进入各处理模块： 用前处理模块）， 解模块）， 用后处理模块）， 时间历程后处理模块）等。各个模块如下图 2序的模块化结构及其对应主菜单 17。 图 2序的模块化结构及其对应主菜单 主要技术特点 17 为载有限元分析软件中的佼佼者，是因为它有其自身的独特优势和技术特点，下面作简要说明： 1. 程序功能强大，应用范围广，用户界面友好。 2. 交互式图形显示。 3. 能实现多场及多耦合分析。 4. 统一使用集中的数据库来存储模型数据和结果。 模块结构 解器 通用后处理器 间历程后处理器 优化设计 模块 估分析模块 其它功能 胡远江 630t 立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计 7 5. 具有多物理场优化功能。 6. 具有强大的非线性分析能力。 7. 方便的二次开发能力。 限元求解的基本步骤 17 件含有多种有限元求解功能，包括从简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析。不过一个典型的 析过程一般可以分成三步： 1建立模型 （前处理模块： 1) 指定工作名 (标题 ( 2) 选择并定义单元类型。 3) 定义单元实常数。 4) 定义材料特性。 5) 创建或读入几何模型。 6) 划分网格获得网格化的模型。 7) 检查模型。 8) 存储模型。 2. 加载求解（求解模块： 1) 选择分析类型并 设置分析选项。 2) 施加载荷。 3) 设置载荷步选项。 4) 求解。 3. 查看分析结果。 1）查看分析结果。 2） 分析处理并评估结果。 身简介 压力机的一个基本支撑部件就是机身，在运作的时候将承受全部工作变形力。因此，合理设计机身结构对提高压力机刚度和减少机身质量，降低成本，都有重要 胡远江 630t 立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计 8 的意义。 机身分为三大类，即开式机身和闭式机身和半闭式。我研究的 630t 立式冷挤压机是半闭式的。 框架形结构床身刚性好， 所以能承受较大的载荷，而且载荷分布比较均匀。 该设备的主要参数与要求如下 ： 型号 : 630t 立式 ； 机身材料是 密度 37800 ； 弹性模量 E=210 泊松比 = 动载荷系数： 于设备在使用中载荷会随时间有一定的变化）； 加载 800 t；（考虑到动载荷系数，实际加载 =630*50t） 上下加载板垂直方向相对位移最大 1 如下图 230 图 230图 胡远江 630t 立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计 9 有限元模型的建立 打开 限元软件导入所建的机身模型如下： (直接将 件所建立的 630t 立式冷挤压机机身三维模型导入到 件中 )如下图 2入的 630t 立式冷挤压机机身模型。 图 2入的 630元类型的选择 该机身是 接结构，形状不规则，结构比较复杂，一般的六面体单元无法满足复杂结构的使用要求，而不管多么复杂的机械结构模型，四面体单元都能精确底反映出结果信息，适应性 强，所以可采用四面体单元划分，本文在 计算时采用的单元类型就是四面体单元。 此单元能够容许不规则形状，并且不会降低精确性，特别适合边界为曲线的模型 。 胡远江 630t 立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计 10 元网格的划分 本文采用自由网格划分，但为了遵循“均匀应力区粗划，应力梯度大的区域细划”的原则，部分参数设置如下 ; 将 置成 将 设置成 将 设置成 将 置成 图 2格划分参数设置如图 网格划分后有限元模型如图 2示。有限元模型中一共有 275024 个节点，有 149378 个单元。 胡远江 630t 立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计 11 图 230界条件的施加 机身静态分析的边界条件包括两个方面：边界约束和施加载荷。 1） 载荷的施加 实际载荷取 800t，而 件中输入的载荷是压强值，故转化为压强作为载荷，其中上矩形垫板尺寸： 250*280环形垫板尺寸： D=300d=85矩形垫板 载荷 /面积 =123环形垫板 载荷 /面积 =114）边界约束条件