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2013PLM征文:45MN快锻压机活动横梁结构拓扑优化研究

2013/11/17    来源:e-works    作者:姜峰  葛鹏      
关键字:活动横梁拓扑优化  SolidThinking Inspire  
文章以45MN快锻压机活动横梁为优化结构,利用SolidThinking Inspire拓扑优化分析软件,以活动横梁整体刚度最大为优化目标,以设计空间的质量降低65%为约束函数,建立活动横梁的优化分析模型,利用先进的OptiStruct优化求解器进行优化求解,得到活动横梁的最优设计方案。并对最优设计方案进行3D模型再造及设计强度分析,验证活动横梁拓扑优化分析结果的可靠性。

0 前言

    大型锻压机作为一种重要的金属压力加工设备,其在国民经济各部门获得了广泛的应用。锻压机大都采用三梁(上梁、下梁和活动横梁)的结构型式,其主要结构一般由铸钢浇铸而成。活动横梁一般承受液压缸柱塞的输出力及砧子压缩工件的反力作用,是锻压机的主要受力部件,同时,活动横梁的刚度将直接影响锻压机的成型精度。因此,在锻压机的设计中,如何做到使活动横梁的刚度强度达到设计要求就成了大型锻压机设计的关键技术之一。采用现代设计方法对活动横梁进行结构优化设计,对提高使用寿命、成型精度、增加经济效益具有重要意义。

    以往在对锻压机主要结构件进行“优化设计”,主要依靠人工反复“修正设计参数-再分析”的方法来寻找较优的设计方案,不仅过程冗长,而且结果受人工干预的因素较多。本文将基于SolidThinking Inspire的拓扑优化方法,提出活动横梁的概念设计。以模型整体刚度最大为优化目标,同时使模型的强度满足设计要求,改变传统经验设计。通过对45MN快锻压机活动横梁的设计验证,取得了明显的经济效益,而且极大的提高了设计的效率和改善了产品结构的合理性。

1 活动横梁的分析

    活动横梁与工作缸的柱塞相连以传递液压机的作用力,左右两边安装有导向套,以立柱为往复运动的导向,下表面安装和固定模具或砧子,因此活动横梁应有足够的承压能力,同时活动横梁还应具有一定的刚度与抗弯能力。活动横梁的安装布置形式如图1所示。立柱通过上下横梁组成的机架部件安装于地面上,所以可以认为是相对固定的部分,活动横梁通过导向套与立柱相连,所以可以将活动横梁的受力及约束状态用如图2所示表达。

活动横梁装配示意图

图1 活动横梁装配示意图

1-活动横梁;2-立柱;3-导套

活动横梁受力及约束状态

图2 活动横梁受力及约束状态

责任编辑:程玥
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