摘 要

本课题提出一种新的凸模快速夹紧方式，利用有限元分析法，通过带孔板的弹性应变和应力，对快换凸模进行快速更换与夹紧。有限元分析技术已经非常成熟了，利用有限元技术对带孔板进行静力分析有较多的文献支持。本文采用Mechanical板块自带的快速划分网格功能进行自由网格划分。通过ansys有限元模拟分析得到模型的应变云图、变形云图和分析计算过程。菱形孔内切点的变形规律主要由过孔心且垂直边长这一方向的应变规律来说明。综上所述，我们考虑选用均布载荷或载荷①。通过分析计算，得到了建立菱形孔所需要的x轴坐标、z轴坐标和左顶点坐标O的计算公式。从实际角度出发，选择菱形孔作为夹紧板的内孔要优于三角形孔。将菱形内孔左右顶角定为60°。能实现快速换模的标准为：。设计出了一套理论上可行的快速夹紧与更换凸模结构。

论文主要研究了利用带孔薄板对凸模进行快速更换与夹紧。

研究结果表明此种理论具有可行性。

本文的特色：利用ansys软件的静力有限元分析板块。

关键词：有限元法；快换凸模；变形云图；结构设计

Abstract

In this paper, a new punch fast clamping method is proposed. The finite element analysis method is used to quickly replace and clamp the quick change punch through the elastic strain and stress of the perforated plate. Finite element analysis technology has been very mature, the use of finite element technology on the perforated plate for static analysis have more literature support. In this paper, the use of mechanical plate comes with the rapid division of the grid function for free meshing. The strain cloud, deformation cloud and analysis process of the model are obtained by ansys finite element simulation analysis. The deformation law of the tangent point in the diamond-shaped hole is mainly explained by the strain law in the direction of the hole and the vertical length. In summary, we consider the use of uniform load or load ①. Through the analysis and calculation, we obtain the calculation formula of the x-axis coordinate, the z-axis coordinate and the left-point coordinate O needed to establish the diamond-shaped hole. From the practical point of view, the choice of diamond-shaped hole as the clamping plate of the hole is better than the triangular hole. The left and right vertex angles of the rhombic holes are set at 60 °. The standard for rapid tool change is: ≥ 0.035mm. Designed a set of theoretically feasible fast clamping and replacement of the punch structure.

The paper mainly studies the quick change and clamping of the punch with the perforated sheet.

The results show that this theory is feasible.

The characteristics of this article: the use of ansys software static finite element analysis plate.

Key words: finite element method; quick change punch; deformation cloud image; structural design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 本课题研究的目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 1

1.3.1 有限元分析的研究现状 1

1.3.2 快速更换与固定凸模的研究现状 1

1.4 研究内容和研究方法 2

第2章 有限元技术及ANSYS软件简介 4

2.1 有限元技术 4

2.1.1 有限元法的基本概念 4

2.1.2 有限元技术的发展趋势 4

2.2 ANSYS软件 4

第3章 不同载荷作用下凸模夹紧板变形规律的研究 5

3.1有限元模型的建立和网格的划分 6

3.2 均布载荷作用下变形规律的研究 6

3.2.1 均布载荷的施加方式 7

3.2.2 有限元应力分析 9

3.2.3 应变分析 10

3.3 集中载荷作用下夹紧板变形规律的研究 11

3.3.1 集中载荷施加的方式 12

3.3.2 有限元应力分析 13

3.3.3 应变分析 14

3.4 基于菱形孔内切点处变形量的载荷研究 16

3.4.1 内切点变形量的求解 17

3.4.2 基于四点变形规律的载荷类型选择 17

第4章 不同孔型夹紧板内切点应力应变规律的研究 24

4.1 带菱形孔夹紧板 24

4.1.1 带不同菱形孔夹紧板模型的建立 24

4.1.2 不同带菱形孔夹紧板模型的有限元分析 27

4.2 带等腰三角形孔的夹紧板 35

4.2.1 等腰三角形孔在板中位置的研究 35

4.2.2 不同形状三角形孔夹紧板模型的建立 39

4.2.3 带不同三角形孔夹紧板模型的有限元分析 41

4.3 数据分析与小结 45

第5章 快换标准的确定和结构设计 47

5.1 夹紧板及相关尺寸的确定 47

5.1.1 凸模及其对面板尺寸的确定 47

5.1.2 夹紧板内孔尺寸的计算 49

5.2 实现快速换模标准的研究 49

5.2.1 孔与凸模公差与配合的选择 49

5.2.2 快速换模标准规范的制定 50

5.3 快速夹紧与更换凸模结构的设计 50

第6章 课题总结及心得体会 52

6.1 研究成果与不足的总结 52

6.2 心得体会 53

参考文献 54

致 谢 55

第1章 绪论

• 1. 引言

模具是整个工业生产过程中的基础装备，被称为“工业之母”。模具生产的制件所体现出来的高复杂程度性、高精度、高效率、高一致性和低消耗，是别的加工制造方法不能与之相比的，模具技术科技含量及水平高低直接影响到模具工业化的发展，在较大程度上决定了产品的质量、企业经济效益、新产品开发能力，是用来衡量某个国家工业制造业水平高低的重要指标^[1]。全世界的模具行业逐步转变到中国，既提升了我国的模具产业产能，又优化了中国模具行业的总体水平，近些年来，我们国家的模具行业已经得到了较快的发展，成为了一个世界性的模具工业大国。在优良的发展背景下，很多厂商和从业人员发现，在竞争越来越激烈的行业里，高生产效率才是生存的关键，快速换模是高生产效率的一个至至关重要的因素,而与生产的持续时间无关，而快速更换凸模，则是重中之重。常规更换与夹紧凸模的方法虽然已经比较成熟，但仍然存在着不小的局限性，越来越难以满足如今快速的生产节奏。本课题提出一种新的凸模快速夹紧方式，利用有限元分析法，通过带孔板的弹性应变和应力，对快换凸模进行快速更换与夹紧。

• 1. 本课题研究的目的及意义

很多制造类企业产出的产品不单单是一两种，少的几十种，多的几万种。在冲裁冲压件的制造过程中，不免要频繁更换凸模。凸模更换的时间长短，不仅影响压力机的生产效率，而且是制约实行精益生产至关重要的因素，快速更换模具，是通过一些方法，使模具生产启动的时间、换模的时间或调整的时间等尽大限度降低的改良方法。快速更换凸模具有下面这些重大意义：缩短换模的时间、大幅缩短交期时间、更具有小批量生产能力、增加换模的次数、大幅减少资源被动、增加库存的周转率、大量降低库存数量、减少管理者的工作负荷、减少仓储的空间等^[2]。本课题主要针对冲模凸模的快速更换需要，从带孔板受力产生应变的思路出发，利用有限元静力分析结果，找出一种或多种可行的孔板模型，研究快速夹紧装置设计要求、受力状况，进而设计出一种可行的凸模快速夹紧与更换装置结构，尝试制定快速夹紧装置设计规范。

• 1. 国内外研究现状

1.3.1 有限元分析的研究现状

有限元法分析软件目前在市面上流行的有MSC、 ANSYS、ABAQUS、ADINA等几个比较知名的公司，随着高新技术的发展,有限元模拟技术在模型的静力分析中起到了越来越广泛的作用,已有很多文献利用有限元分析法得出了比较有效的结果^[3]。可以说，有限元分析技术已经非常成熟了，利用有限元技术对带孔板进行静力分析有较多的文献支持。