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高速冲床工作台板不同刚性要求设计研究

2008年11月04日 11:28:24关键词:高速冲床工作台板,工作台板设计,选材方案

    高速冲床工作台板的厚度需根据客户要求进行设计。为了满足不同刚性的要求,本文运用Solidworks软件中的插件COSMOSWorks对不同厚度、不同材质的工作台板进行了模态分析,再由固有频率与质量反求工作台板的刚度,找出刚度随材质及厚度变化的规律。由分析得出了综合考虑刚性、减振性及经济性的工作台板设计及选材方案,该方案能够满足不同刚性的要求。

    1 引言
   
    工作台板作为压力机的重要零件,起到下连机身、上连模具的作用。工作台板的厚度直接影响到装模高度,对于普通开式压力机,装模高度有统一的设计标准:一机部标准JB 1395-74,工作台板的厚度尺寸基本一致。随着近几年国内生产E/I铁芯、电机定转子的厂家不断增多,对高速压力机的需求日益增多,国内锻压设备生产厂家也逐渐向高速压力机领域发展,技术水平和*也不断提高。由于国内开式高速压力机还没有统一的参数标准,与之相配套的模具高度尺寸也不尽一致。这就导致在给用户提供设备时经常改动工作台板的厚度,甚至修改机身的相关尺寸以满足不同的装模高度要求。台板厚度减小时,一般采取铣工作台板下平面的方法,但当厚度减小太多时,一般需要更换材质重新投料加工。工作台板厚度减小后,自身的刚度会降低,在高速冲压时会变形加剧甚至损坏。
   
    本文以徐州锻压机床厂集团有限公司VH45机床用工作台板(图1)为例,就台板厚度与台板刚度之间的关系进行了分析。

    2 计算公式
   
    直接计算零件的刚度较复杂,可以运用Solidworks软件中的插件COSMOSworks计算出零件的固有频率,再通过式(1)进行转换得到式(2),即可计算出零件的刚度k。

 

    3 COSMOSWorks分析
   
    为方便起见,将工作台板的材质取为软件自带的材质:灰铸铁、合金钢、铸造碳钢、普通碳钢,各材料的机械性能如表1所示

    将工作台板下平面进行部分固定(机身落料孔为450 mm*305mm,不加约束),根据滑块底平面尺寸,设定模具的长宽尺寸为360mm*300mm,在上述区域施加450 kN的载荷。设定工作台板厚度的变化范围为70~130 mm,间隔5 mm做一次分析,取*阶固有频率,计算结果如表2所示。

    4 结果分析
   
    将表2中所列的4种材料制成的工作台板*阶固有频率及刚度随工作台板厚度变化的关系分别用图2和图3来表示,结合两图和表2可看出:
   
    (1)随着工作台板厚度的增加,对于上述4种材料,一阶频增大至一定数值后缓慢减小;
    (2)随着工作台板厚度的增加,对于上述4种材料,工作台板的刚度始终增大且增大的幅度逐渐减小;
    (3)厚度相同时,由合金钢、铸造碳钢、普通碳钢做成的工作台板的固有频率和刚度差别不大;
    (4)工作台板材料不同,一阶频率是不同的,材料的弹性模量越大,一阶频率也就越大;
    (5)相同弹性模量的材料,一阶频率随着抗拉强度的增大而增大;
    (6)对于相同受力方式以及相同结构形式的工作台板,一阶频率出现极大值时所对应的厚度几乎不变,本台板对应的厚度为100 mm;
    (7)由式(2)可以看出,影响刚度的主要因素为固有频率和质量。工作台板厚度从70 mm开始增加,当一阶频率增加到峰值时,可以算出频率增加了约11%,质量相对于70mm厚度时增加了近60%,由此可以看出,在这一变化中,质量对于刚度起到了很大作用。当台板厚度从频率峰值时的数值增加到130mm时,一阶频率大约下降了2%,质量相对于110 mm厚度时增加了25%左右。台板刚度是缓慢增加的,但是增幅在逐渐减小。

    5 结论
   
    从以上分析可以看出,对于特定结构的工作台板,其一阶固有频率在工作台板厚度发生变化时存在极大值,一阶固有频率极大值对应的厚度范围对于上述4种材质几乎一致。由于考虑了材料的减振性能,开式高速压力机的工作台板材质一般选用灰铸铁;当为了适应装模高度而需要大大减小工作台板厚度时,可以将材质更换为普通碳钢,如Q23,台板的刚度就可以得到很大的改善,同时也缩短了加工周期;当需要减小装模高度而很大程度上增加工作台板厚度时,对于铸造台板容易出现铸造缺陷,影响使用,可以在工作台板和机身之间加一过渡垫板。

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