关键词：平板冲孔机焊接床身;静力学分析;模态分析;谐响应分析;优化设计
摘 要：“互联网+”和“中国制造2025”的提出,使中国制造业迈向高端,作为现代制造业中的冲孔技术也面临着巨大的挑战,不仅要改进机械设计工艺,提高质量,而且要保证绿色环保。平板冲孔机作为现代加工各类平板孔的关键设备,利用新型成型技术加工孔,精度高、定位准、生产周期短,取代了传统的成型技术。在实际生产中,由于冲孔机床结构复杂,对形状复杂不规则的型钢进行冲孔时,会受到多种载荷共同作用,从而导致应力集中和振动问题,其中左右侧板和贴板是受力的关键构件,为了解决这一问题,对左右侧板和贴板进行结构优化设计,使重量最小、用料最省、造价最低。因此使用有限元软件分析平板冲孔机焊接床身以及优化左右侧板和贴板,减小应力集中现象和实现轻量化技术意义重大。本文阐述了国内外冲孔机行业的发展动态、研究现状,以及冲孔机在现代制造业中的重要作用.以STPK120-12汽车纵梁平板数控冲孔机为研究对象,基于汽车纵梁平板数控冲孔机在实际中的大量应用,首先利用参数化程序设计语言APDL,建立了平板冲孔机焊接床身的参数化有限元模型,然后利用ANSYS软件的有限元方法,对平板冲孔机焊接床身进行静力学分析、动力学分析,以及对平板冲孔机焊接床身侧板和贴板的优化,其主要研究内容和结论如下:(1)平板冲孔机焊接床身有限元参数化模型:用ANSYS参数化程序设计语言APDL建立平板冲孔机焊接床身的各组成结构,通过布尔运算中的粘结命令将各结构粘结为一个整体,并对焊接床身进行单元选择、材料参数设置及网格划分得到有限元模型。(2)平板冲孔机焊接床身静力学分析:利用ANSYS软件对平板冲孔机焊接床身进行静力学分析,得到焊接床身应力云图、位移云图,确定了贴板和侧板的圆弧处出现应力集中现象。(3)平板冲孔机焊接床身的动力学分析:通过对平板冲孔机焊接床身进行模态分析,提取了焊接床身的前5阶固有频率,得到相对应的模态振型图,确定了谐响应分析的频率范围;然后对焊接床身谐响应分析,得到X、Y、Z方向的频率—位移幅值曲线,通过分析得出第二阶固有频率对焊接床身的动力学影响最大,从而为平板冲孔机焊接床身动力学设计提供依据。(4)侧板和贴板的优化分析:以尺寸优化设计理论为基础,采用目标驱动优化法,将侧板和贴板的自重设为目标函数,厚度为设计变量,静力学分析结果中提取的应力和位移作为状态变量,采用子问题法对侧板和贴板进行静态优化,其优化结果表明,左右侧板和贴板的重量有所减小(减小了27.1%)。经过对平板冲孔机焊接床身进行静力学、动力学分析和对侧板和贴板优化设计,有助于提高企业设计的效率和精确度,并对自行设计制造冲孔机有一定的借鉴意义。
内 容：原文可通过湖北省科技信息共享服务平台（http://www.hbstl.org.cn)获取