高速?zèng)_床工作臺(tái)板的剛性研究

高速?zèng)_床工作臺(tái)板的厚度需根據(jù)客戶要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了滿足不同剛性的要求，本文運(yùn)用Solidworks軟件中的插件COSMOSWorks對不同厚度、不同材質(zhì)的工作臺(tái)板進(jìn)行了模態(tài)分析，再由固有頻率與質(zhì)量反求工作臺(tái)板的剛度，找出剛度隨材質(zhì)及厚度變化的規(guī)律。由分析得出了綜合考慮剛性、減振性及經(jīng)濟(jì)性的工作臺(tái)板設(shè)計(jì)及選材方案，該方案能夠滿足不同剛性的要求。

    1 引言

   

    工作臺(tái)板作為壓力機(jī)的重要零件，起到下連機(jī)身、上連模具的作用。工作臺(tái)板的厚度直接影響到裝模高度，對于普通開式壓力機(jī)，裝模高度有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：一機(jī)部標(biāo)準(zhǔn)JB 1395-74，工作臺(tái)板的厚度尺寸基本一致。隨著近幾年國內(nèi)生產(chǎn)E／I鐵芯、電機(jī)定轉(zhuǎn)子的廠家不斷增多，對高速壓力機(jī)的需求日益增多，國內(nèi)鍛壓設(shè)備生產(chǎn)廠家也逐漸向高速壓力機(jī)領(lǐng)域發(fā)展，技術(shù)水平和市場占有率也不斷提高。由于國內(nèi)開式高速壓力機(jī)還沒有統(tǒng)一的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與之相配套的模具高度尺寸也不盡一致。這就導(dǎo)致在給用戶提供設(shè)備時(shí)經(jīng)常改動(dòng)工作臺(tái)板的厚度，甚至修改機(jī)身的相關(guān)尺寸以滿足不同的裝模高度要求。臺(tái)板厚度減小時(shí)，一般采取銑工作臺(tái)板下平面的方法，但當(dāng)厚度減小太多時(shí)，一般需要更換材質(zhì)重新投料加工。工作臺(tái)板厚度減小后，自身的剛度會(huì)降低，在高速?zèng)_壓時(shí)會(huì)變形加劇甚至損壞。

   

    本文以徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司VH45機(jī)床用工作臺(tái)板(圖1)為例，就臺(tái)板厚度與臺(tái)板剛度之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。

   

    直接計(jì)算零件的剛度較復(fù)雜，可以運(yùn)用Solidworks軟件中的插件COSMOSworks計(jì)算出零件的固有頻率，再通過式(1)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到式(2)，即可計(jì)算出零件的剛度k。

    2 計(jì)算公式

   

    為方便起見，將工作臺(tái)板的材質(zhì)取為軟件自帶的材質(zhì)：灰鑄鐵、合金鋼、鑄造碳鋼、普通碳鋼，各材料的機(jī)械性能如表1所示

    3 COSMOSWorks分析

    將工作臺(tái)板下平面進(jìn)行部分固定(機(jī)身落料孔為450 mm*305mm，不加約束)，根據(jù)滑塊底平面尺寸，設(shè)定模具的長寬尺寸為360mm*300mm，在上述區(qū)域施加450 kN的載荷。設(shè)定工作臺(tái)板厚度的變化范圍為70～130 mm，間隔5 mm做一次分析，取第一階固有頻率，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

   

    將表2中所列的4種材料制成的工作臺(tái)板第一階固有頻率及剛度隨工作臺(tái)板厚度變化的關(guān)系分別用圖2和圖3來表示，結(jié)合兩圖和表2可看出：

   

    (1)隨著工作臺(tái)板厚度的增加，對于上述4種材料，一階頻率先增大至一定數(shù)值后緩慢減��；

    (2)隨著工作臺(tái)板厚度的增加，對于上述4種材料，工作臺(tái)板的剛度始終增大且增大的幅度逐漸減��；

    (3)厚度相同時(shí)，由合金鋼、鑄造碳鋼、普通碳鋼做成的工作臺(tái)板的固有頻率和剛度差別不大；

    (4)工作臺(tái)板材料不同，一階頻率是不同的，材料的彈性模量越大，一階頻率也就越大；

    (5)相同彈性模量的材料，一階頻率隨著抗拉強(qiáng)度的增大而增大；

    (6)對于相同受力方式以及相同結(jié)構(gòu)形式的工作臺(tái)板，一階頻率出現(xiàn)極大值時(shí)所對應(yīng)的厚度幾乎不變，本臺(tái)板對應(yīng)的厚度為100 mm；

    (7)由式(2)可以看出，影響剛度的主要因素為固有頻率和質(zhì)量。工作臺(tái)板厚度從70 mm開始增加，當(dāng)一階頻率增加到峰值時(shí)，可以算出頻率增加了約11％，質(zhì)量相對于70mm厚度時(shí)增加了近60％，由此可以看出，在這一變化中，質(zhì)量對于剛度起到了很大作用。當(dāng)臺(tái)板厚度從頻率峰值時(shí)的數(shù)值增加到130mm時(shí)，一階頻率大約下降了2％，質(zhì)量相對于110 mm厚度時(shí)增加了25％左右。臺(tái)板剛度是緩慢增加的，但是增幅在逐漸減小。

    4 結(jié)果分析

   

    從以上分析可以看出，對于特定結(jié)構(gòu)的工作臺(tái)板，其一階固有頻率在工作臺(tái)板厚度發(fā)生變化時(shí)存在極大值，一階固有頻率極大值對應(yīng)的厚度范圍對于上述4種材質(zhì)幾乎一致。由于考慮了材料的減振性能，開式高速壓力機(jī)的工作臺(tái)板材質(zhì)一般選用灰鑄鐵；當(dāng)為了適應(yīng)裝模高度而需要大大減小工作臺(tái)板厚度時(shí)，可以將材質(zhì)更換為普通碳鋼，如Q235A，臺(tái)板的剛度就可以得到很大的改善，同時(shí)也縮短了加工周期；當(dāng)需要減小裝模高度而很大程度上增加工作臺(tái)板厚度時(shí)，對于鑄造臺(tái)板容易出現(xiàn)鑄造缺陷，影響使用，可以在工作臺(tái)板和機(jī)身之間加一過渡墊板。

    5 結(jié)論