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剪板機結構優化的研究現狀


發布時間:2018-05-30 09:02:42  點擊次數:1145  來源:江海集團信息部
 

 剪板機的研究現狀

 

1.1 剪板機簡介

 

剪板機是一種使用上下剪刃來剪斷板料的設備[1],其運動過程表現為:在選擇適當刀片間隙的條件下,將金屬板料固定在下刀座上,通過上剪刃對板料進行剪切,使板料按照實際需要尺寸斷裂分離。剪板機對金屬板料切割時,主要存在三種鍛壓方式,分別為切邊鍛壓、切頭鍛壓和切尾鍛壓,通過對金屬板料鍛壓,可以使板料達到所需尺寸,滿足實際生產需要。在實際生產過程中,剪板機可以有效的剪切不同長度、不同厚度以及不同材料的金屬板料,因而在建筑、輕工和冶金等領域得到廣泛的應用。在切割金屬板料的過程中,剪板機的受力情況復雜,且會發生輕微的振動變形,容易影響剪切時剪切精度,在這種情況下,為了提高剪板機的剪切性能和穩定性,會在生產中增加剪板機的重量,以及增加部分結構件的厚度,此時剪板機的生產成本會有所提高,且對剪板機的運輸也會增加難度。

 

隨著當前制造業的發展,市場競爭對剪板機的生產提出更高的要求,即滿足各項使用要求的前提下減輕剪板機的重量,降低企業的生產成本,提高企業在市

 

場上的競爭力。因此,各企業對剪板機在結構優化設計方面的研究越來越深入[2]。

 

1.2 剪板機國內外研究現狀

 

1)國內研究現狀

 

國內對數控剪板機的研究開始于 1982 年,在近 30 年的發展過程中,主要經歷了三個階段,第一個為初始階段,第二個為快速發展階段,第三個為發展成熟

 

階段,生產企業目前已發展到多家公司[3],體現了該設備擁有龐大的市場需求。

 

與此同時,國內許多專家學者對剪板機的各個方面進行了深入研究,包括剪切理

 

論、動態仿真和結構分析等方面,其中對剪板機結構分析方面的研究是目前的研

 

究重點。

 

在國內,中南大學田強等人對聯合沖剪機床床身的結構進行了優化設計,此

 

設計是在強度分析的基礎上進行的[4]。王耀、趙建剛等人在建模軟件 SolidWorks

 

中建立液壓擺式剪板機機架的模型,并通過分析軟件與建模軟件的接口,將模型


 導入有限元軟件 COSMOS 中,對機架進行靜力學分析,找出剪板機運行過程中

 

危險區域,繼而對結構進行了優化設計,簡化了剪板機設計的計算量,提高了設

 

計效率和水平[5]。王鳳輝、盧建霞等人在有限元分析理論的基礎上,采用有限元

 

分析軟件 ANSYS 的結構分析模塊對剪板機機架進行強度和剛度校核,繼而對危

 

險區域的應力進行測試,發現模擬結果與測試結果相同[6]。華中科技大學楊新華

 

等人,在三維建模軟件 UG 中創建機架和上刀架的幾何參數化模型,并導入

 

ANSYS 中分析處理,結合有限元分析結果,改進了機架結構,對改進后的結構

 

進行動力學模態分析,將得到的固有頻率與工程應用中的工作頻率進行比較,驗

 

證機架模型的準確性,提出了一種新的剪板機驗證方法[7]。江南大學金炳堯等人

 

在三維建模軟件 UG 中建立了液壓閘式剪板機的三維裝配體模型,并通過建模軟

 

件與有限元軟件 ANSYS Workbench 的接口,將裝配體模型導入到有限元軟件中,

 

對剪板機進行了靜力學分析、動力學模態分析,在此基礎上,對剪板機的左右墻

 

板提出尺寸優化和拓撲優化方案,對比兩種方案,選擇了更優方案[8]。

 

2)國外研究現狀

 

由于國外汽車制造業的發展,導致金屬板料在市場上的應用需求逐步增加,

 

繼而對剪板機的研究也越來越廣泛。目前,對剪板機的研究較為深入的是一些制

 

造業發達的國家,如德國、美國、法國等,他們對剪切理論的研究、剪切性能的

 

提高、剪板機結構的改進和機器成本的節省等方面,做了大量工作。

 

國外剪板機的結構大部分為鋼板結構,各個鋼板結構采用焊接的方式拼接組

 

合,并且在結構上增加了許多的附件,從而豐富了剪板機的功能。同時,國外剪

 

板機在設計過程中,普遍采用傳統設計理念與現代計算機技術相結合的方法,設

 

計人員使用有限元分析軟件,對剪板機的剪切過程模擬分析,得到各個結構部位

 

的應力分布和應變狀況,從而對受力不合理和變形較大部位進行結構改進,提高

 

剪板機的剪切性能[9]。美國斯坦福大學的 P. Vinod Kumar,運用有限元分析軟件

 

對剪板機的主要部件靜力學分析,驗證了剪切過程中的強度、剛度等剪切性能指

 

標,在此基礎上,減輕剪板機的重量,降低企業的生產成本[10]。德國的 Lucia

 

在前人研究的基礎上,設計開發出了一種新型的剪板機,它的特點為:設備中的

 

上刀架是通過液壓油缸來驅動,因此,在實際應用中該設備可以剪切較大尺寸的

 

板料[11]。美國的 Caruso 等,在前人研究的基礎上,研發出新型的剪板機,該新

 

型剪板機的主要特點在于,剪板機的主要機能可以隨著不同規格的板料調整,調

 

整到最優的剪切機能[12]。V. Ramamurti  Harish Rajaram 研究了軸與刀片垂直的

 

剪板機和軸與刀片平行的剪板機,在相同的操作條件下分析比較兩種機器的相對

 

強度,剛度和重量[13]。

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