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剪板机结构优化的研究现状


发布时间:2018-05-30 09:02:42  点击次数:493  来源:江海集团信息部
 

 剪板机的研究现状

 

1.1 剪板机简介

 

剪板机是一种使用上下剪刃来剪断板料的设备[1],其运动过程表现为:在选择适当刀片间隙的条件下,将金属板料固定在下刀座上,通过上剪刃对板料进行剪切,使板料按照实际需要尺寸断裂分离。剪板机对金属板料切割时,主要存在三种锻压方式,分别为切边锻压、切头锻压和切尾锻压,通过对金属板料锻压,可以使板料达到所需尺寸,满足实际生产需要。在实际生产过程中,剪板机可以有效的剪切不同长度、不同厚度以及不同材料的金属板料,因而在建筑、轻工和冶金等领域得到广泛的应用。在切割金属板料的过程中,剪板机的受力情况复杂,且会发生轻微的振动变形,容易影响剪切时剪切精度,在这种情况下,为了提高剪板机的剪切性能和稳定性,会在生产中增加剪板机的重量,以及增加部分结构件的厚度,此时剪板机的生产成本会有所提高,且对剪板机的运输也会增加难度。

 

随着当前制造业的发展,市场竞争对剪板机的生产提出更高的要求,即满足各项使用要求的前提下减轻剪板机的重量,降低企业的生产成本,提高企业在市

 

场上的竞争力。因此,各企业对剪板机在结构优化设计方面的研究越来越深入[2]

 

1.2 剪板机国内外研究现状

 

1)国内研究现状

 

国内对数控剪板机的研究开始于 1982 年,在近 30 年的发展过程中,主要经历了三个阶段,第一个为初始阶段,第二个为快速发展阶段,第三个为发展成熟

 

阶段,生产企业目前已发展到多家公司[3],体现了该设备拥有庞大的市场需求。

 

与此同时,国内许多专家学者对剪板机的各个方面进行了深入研究,包括剪切理

 

论、动态仿真和结构分析等方面,其中对剪板机结构分析方面的研究是目前的研

 

究重点。

 

在国内,中南大学田强等人对联合冲剪机床床身的结构进行了优化设计,此

 

设计是在强度分析的基础上进行的[4]。王耀、赵建刚等人在建模软件 SolidWorks

 

中建立液压摆式剪板机机架的模型,并通过分析软件与建模软件的接口,将模型


 导入有限元软件 COSMOS 中,对机架进行静力学分析,找出剪板机运行过程中

 

危险区域,继而对结构进行了优化设计,简化了剪板机设计的计算量,提高了设

 

计效率和水平[5]。王凤辉、卢建霞等人在有限元分析理论的基础上,采用有限元

 

分析软件 ANSYS 的结构分析模块对剪板机机架进行强度和刚度校核,继而对危

 

险区域的应力进行测试,发现模拟结果与测试结果相同[6]。华中科技大学杨新华

 

等人,在三维建模软件 UG 中创建机架和上刀架的几何参数化模型,并导入

 

ANSYS 中分析处理,结合有限元分析结果,改进了机架结构,对改进后的结构

 

进行动力学模态分析,将得到的固有频率与工程应用中的工作频率进行比较,验

 

证机架模型的准确性,提出了一种新的剪板机验证方法[7]。江南大学金炳尧等人

 

在三维建模软件 UG 中建立了液压闸式剪板机的三维装配体模型,并通过建模软

 

件与有限元软件 ANSYS Workbench 的接口,将装配体模型导入到有限元软件中,

 

对剪板机进行了静力学分析、动力学模态分析,在此基础上,对剪板机的左右墙

 

板提出尺寸优化和拓扑优化方案,对比两种方案,选择了更优方案[8]

 

2)国外研究现状

 

由于国外汽车制造业的发展,导致金属板料在市场上的应用需求逐步增加,

 

继而对剪板机的研究也越来越广泛。目前,对剪板机的研究较为深入的是一些制

 

造业发达的国家,如德国、美国、法国等,他们对剪切理论的研究、剪切性能的

 

提高、剪板机结构的改进和机器成本的节省等方面,做了大量工作。

 

国外剪板机的结构大部分为钢板结构,各个钢板结构采用焊接的方式拼接组

 

合,并且在结构上增加了许多的附件,从而丰富了剪板机的功能。同时,国外剪

 

板机在设计过程中,普遍采用传统设计理念与现代计算机技术相结合的方法,设

 

计人员使用有限元分析软件,对剪板机的剪切过程模拟分析,得到各个结构部位

 

的应力分布和应变状况,从而对受力不合理和变形较大部位进行结构改进,提高

 

剪板机的剪切性能[9]。美国斯坦福大学的 P. Vinod Kumar,运用有限元分析软件

 

对剪板机的主要部件静力学分析,验证了剪切过程中的强度、刚度等剪切性能指

 

标,在此基础上,减轻剪板机的重量,降低企业的生产成本[10]。德国的 Lucia

 

在前人研究的基础上,设计开发出了一种新型的剪板机,它的特点为:设备中的

 

上刀架是通过液压油缸来驱动,因此,在实际应用中该设备可以剪切较大尺寸的

 

板料[11]。美国的 Caruso 等,在前人研究的基础上,研发出新型的剪板机,该新

 

型剪板机的主要特点在于,剪板机的主要机能可以随着不同规格的板料调整,调

 

整到最优的剪切机能[12]V. Ramamurti  Harish Rajaram 研究了轴与刀片垂直的

 

剪板机和轴与刀片平行的剪板机,在相同的操作条件下分析比较两种机器的相对

 

强度,刚度和重量[13]

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