复合材料机床床身特性分析与试验研究

论文摘要

传统钢铁材料批量生产的产品能否采用非金属或复合材料制造,是近几年国内外研究的热点。本文以降低机床成本为主要目的,以大连机床集团生产的cw6163c普通车床为原型,研究了钢纤维混凝土复合材料作为机床支撑件的设计和制造方法以及材料与机床的特性。论文首先根据床身的使用条件确定材料组分配比,按照《钢纤维混凝土试验方法》进行了试件抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度和抗折弹性模量试验,研究钢纤维混凝土复合材料的力学性能,有关试验结果为钢纤维混凝土床身设计提供依据。然后,根据机床床身加工工艺特点和工作要求,通过数值模拟优化复合材料机床床身结构并进行多种方案设计和参数比较,确定了一种强度、刚度、固有频率等均符合要求的框架式复合材料床身结构,并对该床身结构进行了经济性分析;按照复合材料机床床身结构,设计制造床身预埋件及模具,浇注了同比例复合材料床身样机。最后,进行了床身加载试验,与使用Ansys计算同工况下结果进行比较,结果符合情况良好,验证了使用Ansys进行分析的可行性;进行了普通试件和加钢件试件的徐变试验,并进行结果对比,研究机床在长期载荷下的尺寸稳定性。数值模拟和试验结果表明,根据钢纤维混凝土复合材料性能和机床工作特点设计制造的框架式复合材料机床床身,各项性能满足机床使用条件,制造成本较铸铁床身有大幅降低;模具设计及同比例样机浇注,为复合材料机床床身制造提供了思路和方法;床身加载试验验证了有限元软件计算可行性;徐变试验表明框架式混凝土结构较普通结构能大幅降低徐变,保证机床的长期稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 钢纤维混凝土的研究
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 钢纤维混凝土应用现状
• 1.3.2 国外机床新材料研究现状
• 1.3.3 国内机床新材料研究现状
• 1.4 本文研究主要内容
• 2 复合材料配比与力学性能试验
• 2.1 混凝土材料选取与配比
• 2.1.1 混凝土材料选取
• 2.1.2 混凝土材料配比
• 2.2 钢纤维混凝土力学性能试验
• 2.2.1 钢纤维混凝土立方体抗压强度试验
• 2.2.2 钢纤维混凝土劈裂抗拉强度试验
• 2.2.3 钢纤维混凝土抗折强度试验
• 2.2.4 钢纤维混凝土抗折弹性模量试验
• 2.3 本章结论
• 3 复合材料床身设计及样机加工
• 3.1 机床原型介绍
• 3.2 复合材料床身设计
• 3.2.1 机床设计要求
• 3.2.2 材料性能对比
• 3.2.3 床身设计方案选择
• 3.2.4 床身结构设计
• 3.3 床身模拟计算
• 3.3.1 床身力学模型建立
• 3.3.2 铸铁床身有限元分析
• 3.3.3 复合材料床身有限元分析
• 3.4 复合材料床身机床样机加工
• 3.4.1 模具设计加工
• 3.4.2 复合材料床身的浇注与养护
• 3.5 床身经济性分析
• 3.5.1 铸铁床身核算
• 3.5.2 复合材料床身核算
• 3.6 本章结论
• 4 复合材料床身加载试验与试件徐变试验研究
• 4.1 床身加载试验
• 4.1.1 床身加载方案与测点布置
• 4.1.2 床身加载试验装置
• 4.1.3 有限元软件计算
• 4.1.4 试验结果与计算结果比较
• 4.2 混凝土构件徐变试验
• 4.2.1 试验概述
• 4.2.2 试验方法
• 4.2.3 试验结果分析
• 4.3 本章结论
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢