王福娣，陳 晨，嵇壽勇，李 凱，包顧文

（揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225002）

1 背景及意義

深頸高性能壓力機是在開式壓力機產(chǎn)品基礎(chǔ)上開發(fā)的新一代薄板加工通用壓力機，其以喉深深度大為特點，行業(yè)內(nèi)將喉深≥700mm 的都通稱為深頸壓力機。

此類機床的研發(fā)可防止刀模的損壞，有效保護模具的使用壽命，廣泛用于塑鋼、瓶蓋、印織制罐、五金、電機、電器、家電、建筑裝飾材料、汽車配件、機箱、機框、開關(guān)面板等諸多產(chǎn)品的沖壓加工。

近年來，市場對深頸高性能壓力機的使用越來越廣，針對客戶工件的加工工藝，喉深定制也較多樣化，并且隨著工業(yè)的高速發(fā)展，沖壓行業(yè)自動化程度增高，對沖壓設(shè)備提出了更高的要求。深頸壓力機設(shè)計，強度是首要考慮因素，強度是限制壓力機加工性能的主要因素。喉深的大小對于機身、工作臺的剛度分析非常重要，如果工作臺的彎曲剛度不夠，則會在一定程度上惡化機身、滑塊等重要零件的工作條件，影響壓力機的工作進度與可靠性。

對于大喉深機床應(yīng)進行合理的床身規(guī)范設(shè)計，按照喉深大小形成系列化模塊化標(biāo)準(zhǔn)，并利用ANSYS 軟件的有限元分析，對大喉深沖壓機床進行結(jié)構(gòu)分析，使得大喉深機床的框架設(shè)計更加合理緊湊。另外再根據(jù)特殊行業(yè)的特殊要求，對床身在常規(guī)性設(shè)計基礎(chǔ)上進行關(guān)鍵部位的加固和約束。

本文介紹一種基于ANSYS 軟件的有限元分析方法，以較低成本對深頸高性能壓力機機身進行準(zhǔn)確、持續(xù)的分析與優(yōu)化，做到真正意義上的“降本增效”。

2 允許使用的喉深范圍

對于2000kN 以下的壓力機，滿足以下表格范圍內(nèi)的喉深，均可以設(shè)計成深頸機床。大于2000kN 的沖床要求大喉深時，不建議推薦深頸機床，如表1 所示。

表1 喉深參數(shù)不建議推薦表

3 案例介紹

現(xiàn)對JH21S-25 喉深1000mm 的機身體進行剛度分析并優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。優(yōu)化前設(shè)計，都是將喉深加大，對喉深到機身后側(cè)距離拉長，并將內(nèi)側(cè)加強板加厚，通過有限元分析軟件模擬出機身受力變形情況。如圖1、圖2 所示。

從圖1、圖2 中可以看出機身最大變形為2.022mm，發(fā)生在機身頂部，工作臺最大變形為0.193mm。最大角變形為3′20″。

圖1 優(yōu)化前機身導(dǎo)軌Z 方向變形

圖2 優(yōu)化前機身工作臺Y 方向變形

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，需對床身設(shè)計進行調(diào)整，從變形角度看，機身后側(cè)的變形量影響不是太大，需要加固的地方是機身的頂部、導(dǎo)軌處、工作臺處，再加上其為大喉深，所以必要時需對機身外側(cè)上喉口、下喉口處進行貼板處理。經(jīng)過以上分析，對改機身進行優(yōu)化調(diào)整處理，如圖3、圖4 所示。

從圖3、圖4 中可以看出機身最大變形為1.011mm，發(fā)生在機身頂部，工作臺最大變形為0.048mm。最大角變形為1′57″。

圖3 優(yōu)化后機身導(dǎo)軌Z 方向變形

圖4 優(yōu)化后機身工作臺Y 方向變形

機身貼板處理后，位移變形量和角變形量明顯減小，并且完全符合機械壓力機“A”級剛度標(biāo)準(zhǔn)。

3 優(yōu)化分析與設(shè)計思路

根據(jù)案例分析的產(chǎn)品型號，對整個系列產(chǎn)品250/450/630/800/1100/1250/1600/2000kN 進行結(jié)構(gòu)調(diào)整、前后數(shù)值的對比分析。

通過分析測試時機身各位置受力情況，結(jié)合機身彈性形變下載荷施加面積變化，從而得出接近于實際情況的載荷與約束設(shè)置條件，使得優(yōu)化修改后機身ANSYS 分析結(jié)果更精確。

根據(jù)以上大量的分析數(shù)據(jù)，并考慮深頸機床在實際使用時的工況，最大化地滿足客戶的使用需求，固深頸機床在定制喉深時，可形成以下幾點設(shè)計思路：

（1）所有深頸機床設(shè)計時必須保證左右/前后均能送料；

（2）工作臺趟料板下方的加強筋設(shè)計時，盡可能靠近下喉口R 弧位置（圖5）；

圖5 加強筋靠近R 弧設(shè)計

（3）額定壓力≤450kN 機床，定制喉深≥900mm時，外貼加強板；額定壓力＞450kN，定制喉深≥1000mm 時，外貼加強板；

（4）外貼加強板的外輪廓形狀：①上端從壓力機中心線位置到前支承板為止；②中間以喉口形狀為等距；③下端至壓力機中心線位置；

（5）機身體定制喉深時，喉口到后側(cè)的距離均保持一致；

（6）機身起吊孔設(shè)計時，應(yīng)全方位考慮到各工序的轉(zhuǎn)序加工，特別是齒輪箱后側(cè)的起吊孔應(yīng)盡量在機床的重心位置。

4 結(jié)語

本文介紹了一套深頸機床定制喉深時的床身設(shè)計思路，利用ANSYS 有限元分析對各機身優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。但是其中環(huán)節(jié)也存在一些不足，比如理論數(shù)據(jù)與設(shè)計靜態(tài)動態(tài)測試數(shù)據(jù)可能會有些偏差，實際焊接的質(zhì)量、剖口所開的大小、板料實際的厚度、客戶實際使用的工況、載荷加載的數(shù)值等一系列因數(shù)都會對深頸機床的變形量和應(yīng)力值給出不同的結(jié)果。在未來的工作中，優(yōu)化工作除了結(jié)合ANSYS軟件外，還需要搜集多方面的素材，對動態(tài)情況下機身的沖擊受力以及振動進一步分析，以期達成更好的設(shè)計。