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壓力機(jī)是為模具中的材料實(shí)現(xiàn)壓力加工面提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，機(jī)身是壓力機(jī)的一個(gè)基本部件，幾乎所有的零件都安裝在機(jī)身上，且機(jī)身承受沖壓時(shí)的全部變形力和所有部件的重力。機(jī)身的結(jié)構(gòu)形式分為開式和閉式兩大類。閉式壓力機(jī)機(jī)身剛度好，沖壓精度高，但操作空間較小，操作不太方便。開式壓力機(jī)的機(jī)身形狀類似于英文字母C，其機(jī)身工作區(qū)域三面敞開，操作空間大，但剛度較差，壓力機(jī)在工作負(fù)荷下會(huì)產(chǎn)生角變形，面角變形將嚴(yán)重影響工件的精度、模具壽命和加速滑塊導(dǎo)向部分的磨損。本文將利用PRO/E中的有限元分析模塊分析開式壓力機(jī)機(jī)身的受力情況，合理設(shè)計(jì)機(jī)身結(jié)構(gòu)，以節(jié)省材料。
根據(jù)用戶需求和生產(chǎn)工藝，機(jī)身采用板塊式框架焊接結(jié)構(gòu)。考慮到機(jī)身結(jié)構(gòu)的焊接工藝和沖床零部件安裝空間，初步設(shè)計(jì)的機(jī)身基本結(jié)構(gòu)，其寬為500 mm，高2300 mm，側(cè)面鋼板厚50 mm，橫向鋼板厚40 mm，兩側(cè)板之間用X60 mm圓柱連接。Pro/MECHANICA是Pro/ENGINEER中的有限元模塊，它的最大特點(diǎn)是可以完全實(shí)現(xiàn)幾何建模和有限元分析的無縫集成，用戶利用Pro/ENGINEER強(qiáng)大的建模能力完成零件的幾何建模后，無需退出設(shè)計(jì)環(huán)境就能進(jìn)行有限元分析，設(shè)計(jì)極為方便和迅捷。
網(wǎng)格劃分是建立有限元模型的關(guān)鍵，應(yīng)在計(jì)算精度許可的前提下盡量簡化模型，省略細(xì)節(jié)，以減少單元數(shù)量，提高運(yùn)算速度。在Pro/ENGINEER中對(duì)壓力機(jī)機(jī)身建立的有限元模型其采用四面體、五面體、六面體混合方式劃分單元，圓角部分細(xì)分選項(xiàng)。經(jīng)過系統(tǒng)自帶的網(wǎng)格優(yōu)化運(yùn)算，機(jī)身被劃分為1 445個(gè)四面體，0個(gè)五面體，0個(gè)六面體，從后面的整體推演來看，此劃分比較合理。機(jī)身底面安裝在地基上受三個(gè)方向的完全約束，即在X，Y，Z方向的平移和旋轉(zhuǎn)自由度被限制。
經(jīng)運(yùn)算后可得機(jī)身結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖)和機(jī)身結(jié)構(gòu)位移云圖。最大應(yīng)力56.2 N/mm2發(fā)生在上下圓角處。最大位移0.86 mm，發(fā)生在機(jī)身右上角處，這對(duì)沖壓的精度和安全有較大影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制總變形。
對(duì)機(jī)身進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先要研究機(jī)身結(jié)構(gòu)各部位對(duì)應(yīng)力應(yīng)變的影響。從應(yīng)力云圖來看，機(jī)身U形圓角區(qū)為應(yīng)力集中發(fā)生區(qū)。因此，可考慮在兩個(gè)圓角部位焊接加強(qiáng)板(，面在其它部位減少用料。通過敏感度分析得到。當(dāng)加強(qiáng)板厚度從30 mm變化到80 mm時(shí)，機(jī)身總變形從0.758 mm縮小至0.68 mm。側(cè)板占機(jī)身總重量的比例較大，所以減少側(cè)板厚度可節(jié)省較多的材料，但其長度和寬度尺寸因關(guān)系到部件安裝和工作空間故不宜更改。因此，為簡化優(yōu)化過程、減少運(yùn)算時(shí)間，只選取側(cè)板厚度、加強(qiáng)板厚度作為設(shè)計(jì)變量。經(jīng)運(yùn)算后可得優(yōu)化后機(jī)身結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖)和優(yōu)化后機(jī)身結(jié)構(gòu)位移云圖。優(yōu)化后剛度有所增加，重量減少了10 %，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品競爭力。
運(yùn)用有限元方法能準(zhǔn)確地計(jì)算出開式壓力機(jī)機(jī)身各個(gè)部位的應(yīng)力和應(yīng)變。在保證機(jī)身強(qiáng)度、剛度的前提下，提供最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)形式與尺寸，使所設(shè)計(jì)的機(jī)身具有更好的性價(jià)比。
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