【毕业设计】剪板机实验测试与有限元分析毕业设计说明书

本毕业设计论文课题应达到的目的培养学生的调查研究以及资料信息的获取分析等综合能力培养学生的工程设计能力，主要包括设计计算及绘图能力培养学生的综合运用专业理论知识，分析解决实际问题的能力培养学生的在设计过程中使用计算机的能力培养学生的撰写设计说明书论文的能力培养学生创新能力和创新精神。

本毕业设计论文课题工作进度计划起止日期工作内容毕业设计开始，查阅中外文资料，完成外文翻译，完成实习调研和实习报告，完成开题报告进行毕业设计，接收毕业设计中期检查，根据设计要求，进行机械结构原理设计和结构设计，撰写毕业设计论文修改完善毕业论文准备毕业答辩整理毕业设计期间的所有资料成果并归档。

文献综述前言剪板机用于板材型材的直线曲线剪切和冲型压型剪断和精密切断等工作。

广泛地应用于电机电器仪器仪表无线电农机锅炉金属结构起重桥梁建筑机械交通运输工业冶金工业船舶航空和国防工业等部门。

我国剪板机的发展迅速，产量大幅度增长，技术水平有不同程度的提高，并在制造和剪切质量方面也取得定的成绩，但与国外先进国家相比，差距还是很大。

国外锻压技术发展迅速，并越来越趋向于和柔性自动化。

随着锻压技术的发展和满足单件小批量生产，只要用户需要，即能提供多功能的各种数控锻压机械及附属装置。

目前，我国对剪切件的需求量不断增加，对剪板机剪板精度的要求也随之增加，但是目前对于剪板机的设计仍然以依靠传统经验公式数据结构为主，较保守的经验数据通常会导致产品材料的浪费，造成成本的增加和生产周期的增加，严重制约了产品质量的提高，因此迫切需要引进先进的设计方法。

二闸式剪板机简介闸式剪板机机架机架的主要由工作台板墙支座和支撑梁组成，其结构如下图所示。

机架作为剪板机的主要受力部件，其结构必须有足够的静强度和刚度来达到其疲劳寿命装配和使用的要求，同时还应有合理的动态特性来达到控制振动与噪声的目的。

在机架结构设计中，如果只考虑结构的静强度和刚度，很可能会在设计过程中造成机架局部结构的不合理，而导致整个剪板机在剪切中发生共振，产生噪声。

图闸式剪板机机架图闸式剪板机刀架闸式剪板机刀架刀架的主要组成部分如图所示，剪板机刀架的刚性对金属板材的剪切质量都有着重要的影响，刀架刚性过小，将导致加工板材的直线度降低毛刺变大，严重时会引起刀片的崩刃与机床剪切能力的下降，因此，刀架结构的合理设计，对提高刀架强度和刚度，提升剪板机剪切质量和加工能力，减轻刀架的重量，提高机床的经济性，都具有直接的影响。

由于剪板机刀架的结构比较复杂，采用经典的材料力学方法很难对其进行求解，有限元技术的发展为刀架刚性分析提供了个有效的途径。

三闸式剪板机有限元分析现在针对剪板机进行有限元分析的成果较多，宁波大学的李国平利用有限元分析对专用刀架进行结构静力分析，求解载荷作用下引起的位移应力，通过应力和位移变形图并且确定最大应力最小化为目标，对初始设计的刀架进行三个尺寸的优化，得出相对合理的结构尺寸。

天津理工大学的周耀东采用有限元软件对液压机机架刚度和强度进行模拟分析，根据实际要求限制相应的自由度，通过加载计算得出结构的应力和变形的分布，并以此为基础进行了结构优化改进，提出了优化方案并进行优化计算，改善了液压机机身的动态，减小了机身的质量。

进行模态分析的作用在于提取结构固有频率及振型，它是做动力学分析的基础，也为结构的动态修改提供了重要的理论依据。

用有限元方法对剪板机刀架的刚性进行分析时，得出了在剪切力与剪切水平推力共同作用下，刀架会产生较大的水平方向的位移，此位移会引起上下刀片之间的间隙加大，导致剪切板材的毛刺较大，用有限元方法对剪板机进行有限元建模，并进行线性静态分析。

从强度方面考虑，机架最大应力值远小于许用应力，其强度满足使用要求从刚度方面考虑，机架的整体变形很小，整体来说机架的刚度也是满足使用要求的，但是对于闸式剪板机来说，刀架与机架刀片位置的局部刚性非常重要，直接决定着所剪钢板的质量，因此在使用有限元软件进行分析时，应非常注意这两个位置的变形，同时对于剪板机喉口处的应力也应注意，并结合试验测试数据进行对比以便于建立准确的有限元模型，最后要对些危险区域进行强化，做些结构优化。

文献分别对闸式和摆式剪板机的刀架设计进行了研究，主要对刀架在剪切钢板过程中，由于刚性不足导致被剪钢板直线度下降，断面质量变差，喉口应力较大等问题进行了有限元仿真。

顾祥军基于有限元软件对剪板机的机架进行了线性静态分析和模态分析，分析出机架的刚度和强度值。

史荣对斜刃剪板机的剪切力及机架应力进行了现场实测与有限元分析，并采用有限元法对机架应力与变形进行了分析，找出机架结构的薄弱环节。

四总结剪板机系量大面广的产品，随着钢铁工业的发展，剪板机的品种规格产量势必将有更大的发展。

这就向技术水平产品结构和使用性能制造质量等提出了更高的要求，以满足我国工业发展的需要。

结构性能和，添加，选择上刀架个油缸区域，输入单位，上压料力，同理在下刀架上添加，其大小为单位，下压料力。

选择，添加，选择上刀架上长方形区域，输入单位，剪切力。

选择，添加，选择上刀架三角形区域，输入单位，水平剪切力同理，添加，选择下刀架长方形区域剪切力反作用力，大小不变，添加，选择下刀架三角形区域水平剪切力反作用力，大小不变。

图载荷施加图选择和方向的变形以及等效应力作为分析对象，点击应力云图分析由测试实验部分可知，机床整体应力均在许用范围之类，故本论文只选取喉口与刀架垂直板的应力值表表与有限元分析的结果进行比较，借以分析有限元分析结果的准确性。

具体如下单位表喉口应力图在之后测点测试结果计算结果误差值得注意的是，应力云图中，最高应力为，超过了许用应力。

这是因为模型中存在尖点，使得该点局部应力值特别大，在实际使用中，这种尖点会被磨损，该部分应力值会回到正常值，不影响我们计算的结果。

图左喉口应力图右喉口应力表刀架垂直板应力测点测试结果计算结果误差表刀架垂直板应力测点测试结果计算结果误差图各测点应力值位移云图分析选择，两个方向的变形图机床参考坐标系选取如图所示，选择，再点击目标位置，可得出该点的变形量，各测点的计算值与测试值比较结果如下面各表所示图参考坐标系如图示表工作台垂直板向位移正对机床前后方向测点测试结果计算结果误差图工作台水平板垂直板向位移表工作台水平板向位移测点测试结果计算结果误差表工作台垂直板向位移竖直方向测点测试结果计算结果误差表工作台水平板上表面向位移测点测试结果计算结果误差图工作台垂直板向水平板上下表面向位移表工作台水平板下表面向位移测点测试结果计算结果误差表上刀架位移向位移测点测试结果计算结果误差图上刀架位移向位移表前面板向位移测点测试结果计算结果误差图前面板向位移表下支座前向位移测点测试结果计算结果误差图下支座前向位移结论通过对各测点应力与变形的分析比较，可得到以下结论刀架机架在剪板的过程中发生的变形都属于弹性变形，它们的最大变形位移分布表明，总体来说分布趋势大体相似。

都呈现中间变形大，两头变形小的趋势。

刀架与机架在剪板过程中的变形位移大小直接影响被剪钢板的的质量。

由比较结果可知，本设计计算结果与测试基本相符。

上下前后变形导致的相对位移过大，严重影响剪板质量，需要进行改进设计减小变形，提高机床的刚度测试分析整理得到的数据与有限元计算得到的比较中，我们可以看到有限元计算得到的变形位移值与应力值都要比测试的来的大，可能的原因有在有限元分析中施加的载荷是通过诺莎里公式计算得到，但是式中被剪钢板的厚度，取得值为，不是试样钢板的实际测得值诺莎里公式中抗拉强度与断后伸长率都是查表所取的保守值，可能导致计算得到的剪切力与剪切水平推力偏大测试过程中不可避免出现的些系统误差。

第四章剪板机结构改进设计在上述对闸式剪板机有限元计算结果与实验测试分析结果的对比之后，发现对比结果具有较好的致性，得到了正确的有限元模型后再用有限元方法对闸式剪板机进行结构改进。

结构改进主要是利用对模型进行修改，再导入有限元软件进行建模分析，得出结果再与原本结果进行比较分析，最终得出最优方案。

优化方案工作台中间增加辅助支撑，限制工作台垂直板垫铁处的向位移竖直方向。

如图，所示图改进图图改进后视图工作台板厚度加厚，由增加到，宽度增加，由增加到。

如图，所示图改进图图改进后视图滑块后板宽度增加，由增加到，加强梁不变。

如图，所示图改进图图改进后视图滑块后板宽度保持不变，将加强梁改为组加强肋。

如图，所示图改进图图改进后视图以上四种方案组合。

滑块后板宽度增加，由增加到，将加强梁改为组加强肋。

方案与组合工作台中间增加辅助支撑，限制工作台垂直板垫铁处的向位移，滑块后板宽度增加，由增加到，加强梁不变。

方案与组合优化结果比较由原计算和测试结果可知，剪板机的最大变形均发生在剪切到中间位置，所以对所有的优化设计方案，只计算了载荷作用在刀架中间位置时，剪板机的变形情况。

由于当剪切载荷作用在刀架中间位置时，上刀架下刀座和工作台中间位置的变形量最大，所以只对该中间位置的变形量进行比较，以分析各种优化设计方案的效果。

图参照坐标系工作台垂直板向位移方案序号原始方案优化结果工作台水平板向位移方案序号原始方案优化结果工作台垂直板向位移竖直方向方案序号原始方案优化结果工作台水平板上表面向位移方案序号原始方案优化结果上刀架号测点方案序号原始方案优化结果前面板向位移方案序号原始方案优化结果下支座前向位移方案序号原始方案优化结果结论方案主要对降低上刀架的变形有效果，事实上真正起作用的是方案。

比较方案可知，加强肋的效果明显不如加强梁方案主要对降低下刀座的变形有效果，真正起作用的是方案方案对所有结构的变形影响不太明显，甚至反而加大上刀架的变形最终选择优化设计方案为的组合。

第五章总结与展望总结本文利用有限元软件对闸式剪板机上刀架与下刀座进行有限元分析，有限元计算结果与测试实验分析数据进行对比，发现两种结果在