高速沖床工作臺板不同剛性要求設(shè)計研究

  高速沖床工作臺板的厚度需根據(jù)客戶要求進行設(shè)計。為了滿足不同剛性的要求，本文運用Solidworks軟件中的插件COSMOSWorks對不同厚度、不同材質(zhì)的工作臺板進行了模態(tài)分析，再由固有頻率與質(zhì)量反求工作臺板的剛度，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)濟性的工作臺板設(shè)計及選材方案，該方案能夠滿足不同剛性的要求。

    1 引言

     工作臺板作為壓力機的重要零件，起到下連機身、上連模具的作用。工作臺板的厚度直接影響到裝模高度，對于普通開式壓力機，裝模高度有統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：一機部標(biāo)準(zhǔn)JB 1395-74，工作臺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、電機定轉(zhuǎn)子的廠家不斷增多，對高速壓力機的需求日益增多，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)備時經(jīng)常改動工作臺板的厚度，甚至修改機身的相關(guān)尺寸以滿足不同的裝模高度要求。臺板厚度減小時，一般采取銑工作臺板下平面的方法，但當(dāng)厚度減小太多時，一般需要更換材質(zhì)重新投料加工。工作臺板厚度減小后，自身的剛度會降低，在高速沖壓時會變形加劇甚至損壞。

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

    2 計算公式

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

    3 COSMOSWorks分析

     為方便起見，將工作臺板的材質(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，各材料的機械性能如表1所示

    將工作臺板下平面進行部分固定(機身落料孔為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，計算結(jié)果如表2所示。

    4 結(jié)果分析

   

    將表2中所列的4種材料制成的工作臺板第一階固有頻率及剛度隨工作臺板厚度變化的關(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)隨著工作臺板厚度的增加，對于上述4種材料，工作臺板的剛度始終增大且增大的幅度逐漸減小；

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

    (4)工作臺板材料不同，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)形式的工作臺板，一階頻率出現(xiàn)極大值時所對應(yīng)的厚度幾乎不變，本臺板對應(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。工作臺板厚度從70 mm開始增加，當(dāng)一階頻率增加到峰值時，可以算出頻率增加了約11％，質(zhì)量相對于70mm厚度時增加了近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)臺板厚度從頻率峰值時的數(shù)值增加到130mm時，一階頻率大約下降了2％，質(zhì)量相對于110 mm厚度時增加了25％左右。臺板剛度是緩慢增加的，但是增幅在逐漸減小。

    5 結(jié)論

     從以上分析可以看出，對于特定結(jié)構(gòu)的工作臺板，其一階固有頻率在工作臺板厚度發(fā)生變化時存在極大值，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，開式高速壓力機的工作臺板材質(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板厚度時，可以將材質(zhì)更換為普通碳鋼，如Q235A，臺板的剛度就可以得到很大的改善，同時也縮短了加工周期；當(dāng)需要減小裝模高度而很大程度上增加工作臺板厚度時，對于鑄造臺板容易出現(xiàn)鑄造缺陷，影響使用，可以在工作臺板和機身之間加一過渡墊板。