金属材料挤压机结构与系统优化设计研究

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、自动化和智能化程度。
　　本研究主要内容包括：⑴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。⑵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。⑶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。⑷以三菱FX2N的PLC为控制中心,利用GX Developer8.86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。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 金属材料挤压机现状

1.3 金属材料挤压机研发新动向

1.4 论文研究意义及内容

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

2.1 金属挤压技术

2.2 铝型材挤压过程数值模拟方法

2.3 挤压成形过程有限元法数值模拟

2.4 本章小结

第三章 金属材料挤压机前横梁的结构设计与优化

3.1 有限元软件ANSYS与结构分析

3.2 金属材料挤压机前横梁结构的有限元分析

3.3 前横梁结构轻量化优化设计

3.4 本章小结

第四章 金属材料挤压机液压控制系统分析与设计

4.1 挤压机工作过程

4.2 挤压机液压控制系统的构成

4.3 挤压机液压元件选择

4.4 本章小结

第五章 金属材料挤压机PLC控制系统分析与设计

5.1 控制系统总体设计

5.2 控制系统功能设计

5.3 PLC控制单元设计

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的著作、论文

附录

致谢