qc金属材料挤压机结构与系统优化设计研究.pdf.doc.doc
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1、 硕士学位论文论文题目 金属材料挤压机结构与系统优化设计研究研究生姓名指导教师姓名专 业 名 称研 究 方 向论文提交日期刘晨思顾 军机械设计及理论机械动力学及控制2014年 4月 金属材料挤压机结构与系统优化设计研究中文摘要金属材料挤压机结构与系统优化设计研究中文摘要随着国民经济与科学技术的快速发展,金属材料挤压机已在机械、航空航天、船舶、军工等众多工业部门得到广泛的应用。本文以企业中需求的“XJ-2500T 四柱卧式热挤压加工挤压机”为研究对象,在满足使用要求的前提下,更新与改造挤压机的结构与控制系统,减轻挤压机重量,用插装阀取代传统液压阀,使用人机界面提高挤压生产时的机械化、自动化和智能
2、化程度。主要内容如下:(1)利用数值模拟系统对挤压机的挤压成形过程进行分析,以铝型材 6063为例,利用 DEFORM-3D 软件研究穿孔和挤压工艺参数对挤压成形的影响,分析穿孔过程中穿孔速度对坯料温度、穿孔力的影响,最大穿孔力时穿孔深度与针筒比,以及挤压过程中坯料长度、挤压速度和摩擦系数对挤压力的影响,为今后金属挤压机穿孔分析、挤压成形以及结构和系统的优化研究提供依据。(2)运用力学相关知识对前横梁进行受力分析与载荷计算,在有限元分析软件ANSYS中对其进行静力学分析,输出应力、最大位移结果云图。在 ANSYS中运用 APDL语言建立参数化模型,以结构优化设计理论为基础对其进行优化分析,并对
3、优化后的前横梁进行强度和刚度约束的验证,得出前横梁轻量化设计。(3)根据挤压机的工作原理,对各个运动机构进行控制研究,设计各运动机构的液压回路。分析挤压机各子系统及其之间的连接关系并通过串、并联方式搭建整体液压控制系统。最后对液压系统中的动力元件、阀类元件及辅助元件进行分析与设计。(4)以三菱 FX2N的 PLC为控制中心,利用 GX Developer 8.86软件,根据挤压机工作流程实现挤压机控制顺序的设计。设计相应控制系统功能模块及硬件系统,并对 PLC相关部件进行选型。关键词:金属材料挤压机;挤压成形;有限元分析;液压系统;PLC作 者:刘晨思指导教师:顾 军I AbstractThe
4、 design of structure and system optimization of metal material extrusion machineThe design of structure and system optimization of metalmaterial extrusion machineAbstractWith the high-speed progress of science and technology, the rapid development ofnational economy and the promotion of peoples livi
5、ng standard, metal material extrusionmachine has been widely used in machinery, automobiles, instrumentation, electricalappliances, light industry and other departments. In this paper, XJ-2500T four-columnhorizontal hot extrusion extruder which company needs is used as research object. On thepremise
6、 of meeting the use requirement, the structure of the extruding machine and controlsystem are updated and transformed, the extrusion machine weight is reduced, andman-machine interface is used to improve extrusion production mechanization, automationand intellectualization. The main contents studied
7、 by this thesis are as follows:Firstly, the extrusion forming process of extruding machine is analyzed by usingnumerical simulation system. DEFORM-3D software is used to research the processparameters of perforation and extrusion on the influence of extrusion forming withaluminum in 6063 as an examp
8、le, which get the influence of related parameters, andprovide the basis for future analysis on perforated and extrusion research of metalextrusion machine, also for optimization of structure and system.Secondly, stress analysis and load calculation on the front beam is made withknowledge of mechanic
9、s, and results cloud of stress and maximum displacement areoutputted under the static analysis in ANSYS. Using APDL language to build parametricmodel, making optimization analysis based on the structural optimization design theory,and strength and rigidity constraint validation are done at last. Acc
10、ording to the previousanalysis method the lightweight conclusions of front beam can be obtained.Thirdly, control research of the various sports bodies and hydraulic circuits aredesigned in accordance with the working principle of the extruder. Connections andrelationships among the various subsystem
11、s are analyzed and overall hydraulic controlsystem is built through series and parallel mode. And the related important components inII The design of structure and system optimization of metal material extrusion machineAbstractthe hydraulic system are analyed and design.Fourthly, GX Developer 8.86 s
12、oftware is used to design the control sequence ofextruder according to the workflow with the PLC of Mitsubishi FX2N as the control center.The corresponding control system function module and the hardware system are designedand selections of PLC parts are made.Key words: metallic material extruder; e
13、xtrusion forming; finite element analysis;hydraulic system; PLCWrittenby Liu ChensiSupervised by Gu JunIII 目 录第一章 绪 论.11.1 研究背景 .11.2 金属材料挤压机现状 .11.3 金属材料挤压机研发新动向 .31.4 论文研究意义及内容 .3第二章 金属材料挤压机挤压成形过程分析及 有限元法数值模拟.52.1 金属挤压技术 .52.2 铝型材挤压过程数值模拟方法 .72.3 挤压成形过程有限元法数值模拟 .72.3.1 刚塑性有限元法基本理论.82.3.2 刚塑性有限元分析软
14、件介绍.112.3.3 模型建立与工艺参数.132.3.4 穿孔工艺参数对温度和穿孔力的影响.162.3.5 挤压工艺参数对挤压力的影响.212.4 本章小结 .23第三章 金属材料挤压机前横梁的结构设计与优化.243.1 有限元软件 ANSYS与结构分析 .243.1.1 ANSYS软件简介.243.1.2 结构分析概述.243.2 金属材料挤压机前横梁结构的有限元分析 .253.2.1 XJ-2500T挤压机概述 .253.2.2 前横梁的受力分析.283.2.3 前横梁几何模型简化.303.2.4 前横梁的有限元分析.303.3 前横梁结构轻量化优化设计 .343.3.1 结构优化设计理
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