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。冷挤压机的研究现状赵长样等对冷挤压压力机进行了研究，发现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，如下图冷挤压压力机动作原理简图。图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定偏距的偏置机构，如下图所示齿轮滑块偏置机构。胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计图齿轮滑块偏置机构采用该机构有以下几点好处改变滑块正反行程运动规律，有利于进行冷挤压工艺。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。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。本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。胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计本文主要研究内容与要求本课题主要是对立式冷挤压机床身进行有限元计算，分析挤压机在承受载荷作用时，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即上下两加载板之间的总变形量小于，上加载板前后左右变形量要致，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。胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计第二章机身结构的静态分析对于立式冷挤压压力机分析，主要采用有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。软件简介介绍软件是融结构流体电磁场声场和耦合场分析于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的美国公司开发它能与多数软件接口，实现数据的共享和交换，如等，是现代产品设计中的高级工具之，是有限元法的在工程上的实际应用。软件是第个通过质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及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件。在国内第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。现在已经通过了质量体系认证。软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。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立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计方式显示有限元软件，加载加边界，再计算，整体应力如图整体向变形如图。图改进方案七机身整体应力云图胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计图改进方案七机身整体向变形图分析图可知最大应力，小于许用应力，显然强度足够由图可以看出，床身上加载板沿轴垂直向上的位移为，下工作台垂直向下的位移为，沿向总的相对变形量为，变形量略大，刚度不够，和前个方案相比，效果不明显。质量，增加总的来说，此方案机身强度足够，和前面方案相比，质量增加的很少，但是整体刚度不够，还需要继续改进。改进方案八由图可知，上加载板的下加强筋与两侧竖筋板的接触面比较小，理论上，增加加强筋的长度可以有效阻碍上加载板向上发生位移，所以将该处加强筋加长，如下图所示上加载板左右支撑板加厚在支撑板上加四个加强筋将上顶板前半部分加厚胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计工作台加厚底板厚度减去上加载板下面两侧加强筋长度增加。图改进方案八机身修改部位图将改进后的模型重新导入有限元软件，加载加边界，再计算，整体应力如图整体向变形如图。图改进方案八机身整体应力云图胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计图改进方案八机身整体向变形图分析图可知最大应力，小于许用应力，显然强度足够由图可以看出，床身上加载板沿轴垂直向上的位移为，下工作台垂直向下的位移为，沿向总的相对变形量为，变形量略大，刚度不够，和前个方案相比，总的相对位移量减小了点。质量，增加总的来说，此方案机身强度足够，和前面方案相比，质量增加的很少，但是整体刚度不够，还需要继续改进。改进方案九由方案八可知，机身重量依然增加了，考虑到机身后半部分应力较低，垂直方向变形量较小，有很大的减料空间，而前半部分应力和变形量较大，所以可以将上顶板后半部分的厚度适当减掉，以减轻重量，而前半部分厚度增加，以提高刚度，减小轴向上的位移，如图所示上加载板左右支撑板加厚在支撑板上加四个加强筋将上顶板前半部分加厚胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计工作台加厚底板厚度减去上加载板下面两侧加强筋长度增加上顶板前半部分加厚，后半部分减掉。图改进方案九机身修改部位图将改进后的模型重新导入有限元软件，加载加边界，再计算，整体应力如图整体向变形如图。图改进方案九机身整体应力云图胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计图改进方案九机身整体向变形图分析图可知最大应力，小于许用应力，显然强度足够由图可以看出，床身上加载板沿轴垂直向上的位移为，下工作台垂直向下的位移为，沿向总的相对变形量为，变形量略大，刚度不够，和前个方案相比，总的相对位移量减小了点。质量，增加总的来说，此方案机身强度足够，和前面方案相比，质量增加的很少，但是整体刚度不够，还需要继续改进。改进方案十在改进方案五里面将下工作台整体加厚了，但是由图可知，工作台的变形主要集中在加载区域，而加载区周围变形很小可忽略，所以只需要在工作台中间区域加个的凸台，如下图所示上加载板左右支撑板加厚在支撑板上加四个加强筋将上顶板前半部分加厚底板厚度减去胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计上加载板下面两侧加强筋长度增加上顶板前半部分加厚，后半部分减掉工作台加上凸台。图改进方案十机身修改部位图将改进后的模型重新导入有限元软件，加载加边界，再计算，整体应力如图整体向变形如图。图改进方案十机身整体应力云图胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计如图改进方案十机身整体向变形图分析图可知最大应力，小于许用应力，显然强度足够由图可以看出，床身上加载板沿轴垂直向上的位移为，下工作台垂直向下的位移为，沿向总的相对变形量为，变形量很接近，刚度足够，和前个方案相比，总的相对位移量减小了点。质量，减少总的来说，此方案机身强度和刚度足够，而且质量也减少了，降低了制造成本。但是考虑到上加载板前后左右变形致的要求，所以还要进步检验，其结果如下图所示图上加载板前后左右垂直向上相对位移量胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计由上图可以看出，上加载板前后左右的变形量分别是，数值相差很小，基本致。因此该方案满足要求。最佳方案的确定比较每个方案的结果如下表表各方案比较数据方案原始模型方案方案二方案三方案四方案五方案六方案七方案八方案九方案十由上表可以看出，方案五机身垂直方向上总相对变形量很小，但质量增加最多，严重增加成本负担，显然不可取，而方案十，机身所受的最大应力最小，垂直方向上总相对变形量最小，而且重量最轻，比原来机床重量减少了，降低了成本，因此综上所述，方案十为最优方案。胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计总结与说明由于本课题是我校与启东家企业合作项目，目前该机床立式冷挤压压力机正处于设计阶段，还没有完全成型，所以无法现场测试来对比和检验我所建模的正确性，无法看出我所设计的结果与实际的差距，但是基于有限元仿真的层面上，优化后机身强度和刚度都比原来机床大有提高，质量也减少了很多，降低了机床制造成本，效果还是很明显的。胡远江立式冷挤压压力机有限元分析与改进设计第四章结论与展望结论本文通过有限元软件对立式冷挤压机进行有限元静态分析和结构改进设计，并得到以下两个结论机身的上支撑板和加载板区域，以及工作台中间圆孔处存在较大的应力，这主要是由于上下拉压应力作用的结果。而变形较大的地方主要集中在上加载区附近，后半和下半部分变形较小。原压力机机身能承受较大的应力，但是精度低而且重量大，浪费材料，对此进行改进上加载板左右支撑板加厚在支撑板上加四个加强筋将上顶