应用于现场的折弯机变形检测及折弯机优化

论文摘要

折弯机是广泛使用的弯曲设备,其机身的强度和刚度直接影响工件的加工质量和加工精度。针对折弯机的结构设计,传统的方法通常采用应力校核,或按照材料力学、结构力学理论,采用大量简化基础上的计算方法。由于对研究对象的受力情况分析得不够透彻,不能得到准确的计算结果,更不能根据应力分布情况来确定其结构,从而造成了不必要的浪费,通常只能得到一个可行却并非最优的设计方案。本文以天水锻压机床厂3200t折弯机为研究对象,使用大型通用化有限元软件ANSYS作为分析工具,分别对折弯机的滑块、机架、工作台三大部件进行了有限元分析,并对每一部分结构进行了优化设计。首先,对折弯机的三个部件分别建立了三维结构模型,得出了各个部件的刚度及其强度情况,为后续的优化提供依据。然后根据有限元分析的结果,结合折弯机的工作特点,改进了折弯机的结构,使得其刚度和强度得到了提高。其次,利用ANSYS有限元分析方法,编写折弯机的滑块、机架、工作台的优化程序,并分别对其进行了优化。优化结果表明,不仅弥补了折弯机结构上的缺陷,提高了自身的刚度和强度,而且使得产品的用料更为节省,成本有了明显的降低。再次,文中还针对折弯机的机架设计了一套变形检测系统,它便于安装在工作现场,可以随时检测机架的变形和受力情况。通过对机架的全面测试,机架的各项性能指标均与有限元分析数据相符,证明对折弯机进行有限元分析是成功而有效的。最后,本文基于有限元的分析方法,为企业今后折弯机的设计和制造技术提供了理论参考依据。对今后折弯机结构的分析和设计,具有一定的启发和推动作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 折弯机的发展概况
• 1.2 论文的产生背景及意义
• 1.2.1 折弯机的传统设计方法
• 1.2.2 论文产生背景
• 1.2.3 论文的意义
• 1.3 论文的主要研究内容及研究方法
• 1.4 基于有限元的优化技术
• 1.4.1 有限元方法的基本原理
• 1.4.2 有限元方法的发展
• 1.4.3 有限元软件的应用和发展
• 1.4.4 结构设计中的优化技术
• 1.4.5 有限元优化技术
• 1.4.6 有限元方法中优化技术的特点
• 1.5 小结
• 第2章 折弯机有限元分析
• 2.1 大型有限元软件ANSYS应用
• 2.1.1 ANSYS功能简介
• 2.1.2 ANSYS的发展
• 2.1.3 ANSYS分析过程
• 2.2 用于数值模拟的单元的选择和网格的划分
• 2.2.1 单元的选择
• 2.2.2 网格的划分
• 2.3 滑块模型建立及分析
• 2.3.1 几何模型分析
• 2.3.2 有限元模型建立
• 2.3.3 载荷及约束的处理
• 2.3.4 结果分析
• 2.4 机架模型建立及分析
• 2.4.1 几何模型分析
• 2.4.2 有限元模型建立
• 2.4.3 载荷及约束的处理
• 2.4.4 结果分析
• 2.5 工作台模型建立及分析
• 2.5.1 几何模型分析
• 2.5.2 有限元模型建立
• 2.5.3 载荷及约束的处理
• 2.5.4 结果分析
• 2.6 小结
• 第3章 折弯机变形检测系统的设计
• 3.1 变形检测系统的研究
• 3.1.1 设计要求
• 3.1.2 整体设计
• 3.2 系统设计
• 3.2.1 系统概述
• 3.2.2 系统的机械部分
• 3.2.3 系统的测量数据处理部分
• 3.3 实验验证
• 3.4 小结
• 第4章 折弯机结构改进
• 4.1 滑块结构改进
• 4.1.1 刚度改进
• 4.1.2 强度改进
• 4.2 机架结构改进
• 4.2.1 体积改进
• 4.2.2 强度改进
• 4.3 工作台结构改进
• 4.3.1 刚度改进
• 4.3.2 强度改进
• 4.4 小结
• 第5章 折弯机结构优化设计
• 5.1 优化设计的数学模型
• 5.2 ANSYS中的优化设计
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 优化方法
• 5.2.3 优化工具
• 5.2.4 优化过程
• 5.3 滑块的优化设计
• 5.3.1 滑块参数化有限元模型的建立
• 5.3.2 设计变量的选取
• 5.3.3 状态变量的选取
• 5.3.4 目标函数的选取
• 5.3.5 优化结果分析
• 5.4 机架的优化设计
• 5.4.1 机架参数化有限元模型的建立
• 5.4.2 设计变量的选取
• 5.4.3 状态变量的选取
• 5.4.4 目标函数的选取
• 5.4.5 优化结果分析
• 5.5 工作台的优化设计
• 5.5.1 工作台参数化有限元模型的建立
• 5.5.2 设计变量的选取
• 5.5.3 状态变量的选取
• 5.5.4 目标函数的选取
• 5.5.5 优化结果分析
• 5.6 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的论文目录