JG36-250C闭式双点压力机底座优化设计

马 森，别世清，王晓慧，王四森，高 磊

（山东高密高锻机械有限公司，山东 高密 261500）

0 引言

底座是机械压力机的关键部件，随着工艺技术的不断发展，当前不仅仅对其材料强度和刚度提出要求，同时还力求减轻重量，在保证安全使用的同时节省材料，降低动力消耗。为此，机械压力机底座设计成框架式结构，并且设置加强筋来保证其刚度[1]。传统的研究方法是将底座假设为简支梁，两支点间距为地脚螺栓的中心距，采用材料力学的方法，计算其公称力下危险点的应力和最大变形，再引入许用值，使其应力和变形低于许用值即可[2]。但这种方法采用人工计算，过程复杂且精度低。本文对压力机底座运用Solidworks2012中的Simulationexpress进行静态分析。在确定其结构满足设计强度和刚度的同时，对其结构优化，使重量更轻，降低成本，提高设计效率。

1 底座的建模

本文以闭式双点压力机底座为对象，其为钢板焊接结构，三维模型如图1所示。底座所用材料为Q235A（Solidworks2012中只有碳素钢，通过网上下载更新材料库添加材料Q235A，为计算结果提供了更精确的分析），焊后退火处理，其主要技术参数如表1所示。

表1 Q235A主要技术参数

2 底座有限元分析

2.1 底座三维模型的建立[3]

在三维建模软件Solidworks2012中创建底座三维模型，底座为一体式，如图1所示。

图1 底座的三维模型图

2.2 底座受力条件分析

底座通过地脚螺栓固定下面六个基准面，上平面通过立柱结合面压紧固定，如图2所示。主要受力情况为承受滑块向下运动时的公称压力2500kN，加上垫板与下模具的重量 100kN，共计2600kN。如图3所示。

图2 底座固定平面图

图3 底座受力图

2.3 底座模型的网格划分

Simulationexpress中网格密度决定解算的精度。默认设定可提供精确的变形解算和有一定精度的应力分布。更精细网格可提高局部区域中的应力结果，但可使模拟运行时间更长。在此底座模型中使用自定义高精度的网格划分计算应力变形。网格设置如图4所示，网格化结果如图5所示。

图4 底座网格设置图

图5 底座网格示意图

2.4 静态分析计算

根据设定的参数进行求解。底座应力分布如图6所示，变形分布如图7所示。

由静态分析结果可知：底座最大应力为1 5 9.8 9 M P a，主要发生在上平面靠两边处与孔边棱圆角处，而底座其余地方应力较小，有较大的优化空间。

底座的最大变形发生在底座中间靠外边位置，为0.666mm。其余地方变形相对较小，底座的挠度符合设计标准[4]。

3 底座的优化

图6 底座的应力分布图

图7 底座的变形分布图

根据底座的应力与变形结果图对底座进行结构优化，底座上平面厚度减少10mm，侧面受力小加开两方孔，中间筋板去掉。然后再对底座进行受力分析，计算结果如图8、9所示。底座最大应力为158MPa，最大变形为0.87mm。优化后的强度、刚度均满足使用要求[4]。

图8 底座优化后应力图

图9 底座优化后变形图

4 结论

（1）本文采用 Solidworks2012中的 Simulationexpress对底座进行静态分析，结果显示最大应力远小于材料的屈服应力，且对底座各处受力有一直观了解，两侧面受力较小，有很大优化空间。说明初始设计时的强度和刚度余量过大，存在材料浪费现象。

（2）对底座进行优化设计，优化后的底座强度和刚度有所提高，底座的整体重量减轻了10%，降低了原材料消耗，降低了生产成本。

（3）在传统方法中需要对底座进行反复验算和校核，计算精度低；而运用Solidworks2012中的Simulationexpress进行分析时，摆脱了繁琐的方程求解，极大缩短了底座设计工作量，同时大大提高了设计效率和设计精度。

[1] 陈启升.L4-1200M3压力机滑块优化设计[J].锻压装备与制造技术，2013，48（ 5）：24-26.

[2] 何德誉.曲柄压力机[M].北京：机械工业出版社，1987.

[3] 张彦青.UG NX 6.0中文版基础教程[K].北京：清华大学出版社.2009.

[4] JB/T 9964-1999，闭式压力机 技术条件[S].