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      一種輕量化大剛度精沖壓力機(jī)機(jī)身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

      文檔序號(hào):6356454閱讀:196來源:國(guó)知局
      專利名稱:一種輕量化大剛度精沖壓力機(jī)機(jī)身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明屬于精沖壓力機(jī)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種輕量化大剛度精沖壓力機(jī)的機(jī)身 的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
      背景技術(shù)
      精沖作為一種精密成形技術(shù),具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于汽車、摩 托車、儀器儀表、輕工機(jī)械、家用電器和辦公設(shè)備等領(lǐng)域。大型精沖壓力機(jī)是汽車、航空航 天、兵器和高科技領(lǐng)域必備的基礎(chǔ)制造裝備,是為保證經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全而必須自主掌握的 重大裝備之一。國(guó)內(nèi)在10000KN以上大噸位精沖設(shè)備的研發(fā)方面處于空白狀態(tài),而國(guó)內(nèi)目 前進(jìn)口精沖壓力機(jī)機(jī)最大噸位僅為8800KN,無法制造大型精沖件,由此無法滿足國(guó)內(nèi)相關(guān) 領(lǐng)域?qū)Υ笮途珱_件(如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)法蘭、大飛機(jī)剎車片等)制造能力的要求。機(jī)床靜、動(dòng)態(tài)性能是衡量設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣的重要的性能指標(biāo)。本機(jī)公稱壓力高達(dá) 10000KN,對(duì)于精沖工藝,由于精沖模具的沖裁間隙非常小,因而要求在沖裁過程中滑塊具 有較高的運(yùn)動(dòng)精度。這就是說,應(yīng)當(dāng)盡可能的避免模具及凸凹模之間在水平及垂直方向上 產(chǎn)生偏離理想垂直運(yùn)動(dòng)的相對(duì)位移。為此,要求精沖壓力機(jī)在垂直方向和水平方向上都具 有很高的剛度。同時(shí),本機(jī)設(shè)計(jì)要求每分鐘沖裁30-40次。因此,機(jī)床(或稱機(jī)身)的動(dòng)態(tài) 性能是成為其整體性能的重要構(gòu)成。確立結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)是評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù),也 是分析結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的依據(jù)。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程中,工程師們往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)要求設(shè)計(jì)出機(jī)身的大致 形狀,并加工出來,對(duì)物理樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。可能會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量過大、關(guān)鍵部位強(qiáng)度、剛度不夠、 動(dòng)態(tài)特性差等問題。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程不但使產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期比較長(zhǎng),而且設(shè)計(jì)的成本也很 巨大。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于提供一種輕量化大剛度精沖壓力機(jī)機(jī)身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,該方 法能保證設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)指標(biāo)、靜態(tài)指標(biāo)的可靠,降低成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種輕量化大剛度精沖壓力機(jī)機(jī) 身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,其特征在于它包括如下步驟1)、精沖壓力機(jī)機(jī)身的粗略設(shè)計(jì)根據(jù)粗略設(shè)計(jì)要求的公稱壓力、滑塊行程、主沖 程調(diào)整量、閉合高度、最大開啟高度、工作臺(tái)板尺寸找到精沖壓力機(jī)機(jī)身的粗略CAD模型;2)、將粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的底面用四個(gè)地腳螺栓固定,上工作臺(tái)面、下工作臺(tái)面各加 10000KN的載荷;采用有限元分析方法作出粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的應(yīng)變?cè)茍D和粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的應(yīng) 力云圖;然后根據(jù)粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的應(yīng)變?cè)茍D和粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的應(yīng)力云圖來判斷步驟1)所 述的粗略CAD模型是否有優(yōu)化空間,如有優(yōu)化空間,則進(jìn)行下一步驟。3)、粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的剛度、固有頻率的優(yōu)化,優(yōu)化問題定義如下①設(shè)計(jì)目標(biāo)機(jī) 身的剛度和一階固有頻率分別最大;②約束條件體積限制為原來的60% ;③設(shè)計(jì)變量機(jī)身的空間單元分布;找到剛度、固有頻率的優(yōu)化空間;4)、采用折衷規(guī)劃法對(duì)粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的多目標(biāo)優(yōu)化[即步驟3)的剛度單目標(biāo)、固 有頻率單目標(biāo)的結(jié)合],找到剛度和固有頻率同時(shí)滿足要求的粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的最佳分布; 采用拓?fù)鋬?yōu)化的方法對(duì)粗略設(shè)計(jì)機(jī)身作出機(jī)身的單元密度云圖,得到拓?fù)鋬?yōu)化的機(jī)身;5)、拓?fù)鋬?yōu)化的機(jī)身的尺寸優(yōu)化,根據(jù)制造要求和空間布置需要,對(duì)機(jī)身重新建 模;對(duì)模型進(jìn)行體積和撓度的靈敏度分析,找出機(jī)身變量的對(duì)體積和撓度較大的靈敏度;6)采用自適應(yīng)響應(yīng)面法對(duì)步驟幻模型機(jī)身的尺寸優(yōu)化,優(yōu)化問題定義如下①設(shè) 計(jì)變量組成機(jī)身的10塊板的板厚變化60mm ;②設(shè)計(jì)目標(biāo)體積最小,即質(zhì)量最輕;③約束 條件機(jī)身的撓度小于0. 325mm ;得到優(yōu)化后的精沖壓力機(jī)機(jī)身的模型。本方法運(yùn)用了虛擬樣機(jī)技術(shù),首先設(shè)計(jì)出了滿足精沖工藝空間要求的粗略CAD模 型;然后對(duì)粗略設(shè)計(jì)機(jī)身進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,在滿足精沖壓力機(jī)剛度和固有頻率的前提下,得到 機(jī)身的最佳結(jié)構(gòu)分布;最后對(duì)機(jī)身進(jìn)行詳細(xì)的建模和尺寸優(yōu)化,使機(jī)身輕量化;從而大大 減少實(shí)物試驗(yàn)的周期和費(fèi)用。本發(fā)明的有益效果是該方法能保證設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)指標(biāo)、靜態(tài)指標(biāo)的可靠,成本達(dá)到最 低。


      圖1是機(jī)身的粗略設(shè)計(jì)的模型圖。
      圖2是粗略設(shè)計(jì)機(jī)身(優(yōu)化前機(jī)身)的應(yīng)變?cè)茍D。
      圖3是粗略設(shè)計(jì)機(jī)身(優(yōu)化前機(jī)身)的應(yīng)力云圖。
      圖4是拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果圖。
      圖5是機(jī)身模型圖。
      圖6是板厚對(duì)機(jī)身體積的靈敏度圖。
      圖7是板厚對(duì)機(jī)身?yè)隙鹊撵`敏度圖。
      圖8是優(yōu)化后的精沖壓力機(jī)機(jī)身的模型圖(圖8與圖5只是尺寸的變化)。
      具體實(shí)施例方式為了能更好地對(duì)本發(fā)明的優(yōu)化方法進(jìn)行理解,下面通過具體的步驟并結(jié)合附圖進(jìn) 行詳細(xì)地說明一種輕量化大剛度精沖壓力機(jī)機(jī)身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,它包括如下步驟1)、精沖壓力機(jī)機(jī)身的粗略設(shè)計(jì)根據(jù)粗略設(shè)計(jì)要求的公稱壓力、滑塊行程、主沖 程調(diào)整量、閉合高度、最大開啟高度、工作臺(tái)板尺寸(見表1)找到精沖壓力機(jī)機(jī)身的粗略 CAD模型(即粗略設(shè)計(jì)機(jī)身);精沖壓力機(jī)機(jī)身的材料為碳素鋼,牌號(hào)為Q235-A,機(jī)身結(jié)構(gòu)采用焊接式閉式機(jī)身 結(jié)構(gòu),機(jī)身長(zhǎng)(L) X寬(G) X高(H) = M90mmX 2180mmX 4485mm,上工作臺(tái)面至下工作臺(tái)面 的距離(HO)為2375mm,主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下,CAD模型如圖1所示;得到粗略設(shè)計(jì)機(jī)身(即優(yōu) 化設(shè)計(jì)之前的機(jī)身),粗略設(shè)計(jì)機(jī)身為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu),長(zhǎng)方體內(nèi)為空腔,長(zhǎng)方體的前后左右面 上均開有長(zhǎng)方形的口,所有長(zhǎng)方形的口與空腔相連通(所有長(zhǎng)方形的口的上端與空腔的上 端位于同一平面上,所有長(zhǎng)方形的口的下端與空腔的下端位于同一平面上),長(zhǎng)方體空腔內(nèi)的上表面為上工作臺(tái)面,長(zhǎng)方體空腔內(nèi)的下表面為下工作臺(tái)面。表權(quán)利要求
      1. 一種輕量化大剛度精沖壓力機(jī)機(jī)身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,其特征在于它包括如下步驟1)、精沖壓力機(jī)機(jī)身的粗略設(shè)計(jì)根據(jù)粗略設(shè)計(jì)要求的公稱壓力、滑塊行程、主沖程調(diào) 整量、閉合高度、最大開啟高度、工作臺(tái)板尺寸找到精沖壓力機(jī)機(jī)身的粗略CAD模型;2)、將粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的底面用四個(gè)地腳螺栓固定,上工作臺(tái)面、下工作臺(tái)面各加 10000KN的載荷;采用有限元分析方法作出粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的應(yīng)變?cè)茍D和粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的應(yīng) 力云圖;然后根據(jù)粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的應(yīng)變?cè)茍D和粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的應(yīng)力云圖來判斷步驟1)所 述的粗略CAD模型是否有優(yōu)化空間,如有優(yōu)化空間,則進(jìn)行下一步驟。3)、粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的剛度、固有頻率的優(yōu)化,優(yōu)化問題定義如下①設(shè)計(jì)目標(biāo)機(jī)身的 剛度和一階固有頻率分別最大;②約束條件體積限制為原來的60% ;③設(shè)計(jì)變量機(jī)身的 空間單元分布;找到剛度、固有頻率的優(yōu)化空間;4)、采用折衷規(guī)劃法對(duì)粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的多目標(biāo)優(yōu)化,找到剛度和固有頻率同時(shí)滿足要 求的粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的最佳分布;采用拓?fù)鋬?yōu)化的方法對(duì)粗略設(shè)計(jì)機(jī)身作出機(jī)身的單元密度 云圖,得到拓?fù)鋬?yōu)化的機(jī)身;5)、拓?fù)鋬?yōu)化的機(jī)身的尺寸優(yōu)化,根據(jù)制造要求和空間布置需要,對(duì)機(jī)身重新建模;對(duì) 模型進(jìn)行體積和撓度的靈敏度分析,找出機(jī)身變量的對(duì)體積和撓度較大的靈敏度;6)采用自適應(yīng)響應(yīng)面法對(duì)步驟幻模型機(jī)身的尺寸優(yōu)化,優(yōu)化問題定義如下①設(shè)計(jì) 變量組成機(jī)身的10塊板的板厚變化60mm ;②設(shè)計(jì)目標(biāo)體積最小,即質(zhì)量最輕;③約束條 件機(jī)身的撓度小于0. 325mm ;得到優(yōu)化后的精沖壓力機(jī)機(jī)身的模型。
      全文摘要
      本發(fā)明屬于精沖壓力機(jī)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種輕量化大剛度精沖壓力機(jī)的機(jī)身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。一種輕量化大剛度精沖壓力機(jī)機(jī)身的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,其特征在于它包括如下步驟1)精沖壓力機(jī)機(jī)身的粗略設(shè)計(jì);2)根據(jù)粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的應(yīng)變?cè)茍D和粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的應(yīng)力云圖來判斷步驟1)所述的粗略CAD模型是否有優(yōu)化空間,如有優(yōu)化空間,則進(jìn)行下一步驟。3)粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的剛度、固有頻率的優(yōu)化,找到剛度、固有頻率的優(yōu)化空間;4)采用折衷規(guī)劃法對(duì)粗略設(shè)計(jì)機(jī)身的多目標(biāo)優(yōu)化;5)拓?fù)鋬?yōu)化的機(jī)身的尺寸優(yōu)化;6)采用自適應(yīng)響應(yīng)面法對(duì)步驟5)模型機(jī)身的尺寸優(yōu)化,得到優(yōu)化后的精沖壓力機(jī)機(jī)身的模型。該方法能保證設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)指標(biāo)、靜態(tài)指標(biāo)的可靠,成本達(dá)到最低。
      文檔編號(hào)G06F17/50GK102096748SQ20111006729
      公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
      發(fā)明者蘭箭, 華林, 毛華杰, 胡俊偉, 趙玉民 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)
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