论文总字数：26696字

摘 要

本文介绍了热模锻压力机的结构，发展及机身结构分析的研究状况，并指明了本次分析的目的及深远意义。通过分析热模锻压机的工作情况，对热模锻压机机身进行受力分析，根据机身的承受载荷的情况，对已设计好的机身模型进行有限元建模，施加载荷，对机身进行强度及刚度校核，最后还对机身进行模态分析，校核共振的可能性。在本文末尾还提出了对机身的改进建议以及减重的优化方法和思路。

首先我们对热模锻压力机的工作情况进行分析，确定机身承受载荷的情况以及各载荷大小，为接下来的结构分析做准备。

接着对来自企业的机身模型导入WB 19.0进行无偏载和偏载两种情况进行静态分析，校核机身强度和变形。接着对机身进行模态分析，以校核发生共振的可能性。

最后，在文章末尾根据应力和变形等情况提出了些许改进意见。还提出了些许对于初步设计完成的机身模型（质量较大）减重的优化方法。

传统校核是对每一个零件单独校核，这样计算不准确而且误差大。本文采用了与企业校核不同的方式，更加全面，不仅将机身整体校核，还做了螺栓预紧力和偏载计算，还进行了模态分析校核其固有频率。本文分析结果显示该机身的强度合格，而且不易发生共振，结构分布合理，但在一些应力集中的地方还需要改进。

关键词：热模锻压力机机身，静态分析，模态分析，WB19.0

abstract

This paper introduces the structure and development of the hot die forging press and the research status of the body analysis, and points out the purpose and far-reaching significance of this analysis. Through the analysis of the working condition of the hot die forging press, the stress condition can be analyzed. According to the load condition of the body, the finite element model of the designed body model is built, the load is applied, the strength and rigidity of the body are checked. Finally, a modal analysis of the body is performed to check the possibility of resonance. At the end of this paper, the improvement suggestions of the fuselage and the optimization methods and ideas of weight reduction are also put forward.

First of all, we analyze the working condition of the hot die forging press, determine the bearing load of the body and the size of each load, so as to prepare for the following structural analysis.

Then, the hot die forging press body model from the enterprise was imported into WB 19.0 for static analysis of unbalanced load and unbalanced load to check the strength and deformation of the fuselage.Next, a modal analysis of the body was conducted to check the possibility of resonance.

Finally, at the end of the article, some suggestions for improvement were put forward based on stress and deformation.Some optimization methods for reducing the weight of the fuselage model (larger mass) after the preliminary design are also proposed.

The traditional check is to check each part separately, so the calculation is inaccurate and the error is large.This paper adopts a different method from the enterprise check, which is more comprehensive. It not only checks the whole body of the fuselage, but also makes bolt preload and eccentric load calculations, and also performs modal analysis to check its natural frequency.The analysis results of this paper show that the strength of the body is qualified, and resonance is not easy to occur, and the structure distribution is reasonable, but it needs to be improved in some places where stress is concentrated.

Key words: hot die forging press body,;static analysis; modal analysis;WB 19.0

目录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2热模锻压力机的发展情况 2

1.3压力机机身的研究进展及现状 2

1.4课题的概述及基本内容 5

1.4.1概述 5

1.4.2软件介绍 5

1.4.3基本内容及设计方案 5

1.5研究目的及意义 6

第2章 机身受力分析及校核 7

2.1有限元建模及模型的预处理 7

2.2机身受力分析 8

2.2.1拉紧螺栓预紧力分析 8

2.2.2偏载工况分析 10

2.3机身静态分析 10

2.3.1各组件材料设置 11

2.3.2接触分析及设置 11

2.3.4载荷与约束添加 13

3.3.5静态分析结果分析 14

2.4模态分析 21

2.4.1模态分析简介 21

2.4.2机身模态分析及结果 21

2.5小结 24

第3章 机身改进建议与优化减重方案 25

3.1改进建议 25

3.2优化减重的两种方案 26

3.2.1直接优化减重（尺寸优化） 26

3.2.2拓扑优化减重 27

3.3小结 28

第4章 结论与展望 29

4.1结论 29

4.2展望和不足 29

参考文献 30

致谢 31

第1章 绪论

1.1引言

锻压机械在零件生产中占有举足轻重的地位,在发达国家,制造机床中几乎有百分之三十以上均为锻压机床。此外，锻压是制造机械设备的基本工艺之一,它是生产及研发各类机械设备的重要工艺技术基础。在制造机械设备的关键部件及重要部件的粗糙毛坯件时，锻压发挥着非常重要的作用，是其中的一项重要工艺。锻压应用可涉及的范围非常的广泛，包括国家经济,军工国防，航空航天和日常生活的各个方面。在汽车,高铁制造,电力,冶金,兵工,甚至航空航天等工业中,至关重要的结构件都是由锻压工艺制造的。对于一个国家而言，科技水平和综合国力的一个重要体现就是对大型锻压机械的使用。因为我们的核工业，军舰甚至航母，航空不可缺少的大型构件都依赖于对大型锻压机械的使用。比如美国,英国，法国，俄国等军事大国在20世纪六,七十年代便生产出了上万吨级别的锻压力机,所以他们能制造出第五代军用飞机，核潜艇等大国重器,在国际军事中称雄。并且随着科学技术的不断进步和创新,对减少生产成本和提高产品的质量及性能提出了进一步的要求,因此锻压机械在军工,航天,船舶,汽车等工业中的作用会越来越大。

我国的锻压机械主要为模锻锤和摩擦压力机，并且机械工作以人工操作为主，产品质量和精度较差，与工业发达的国家相比，生产效率低^[1]。热模锻压力机材料利用率高，生产效率高，对工人的操作水平要求低，与传统的锻压机械模锻锤等相比具有较大的优势^[2]。

热模锻压力机刚性比较好，锻件的精度高，生产效率高，对工人操作技艺水平要求低，加工余量小，易于实现自动化并且噪声和震动也比较小，特别适合于大批量生产锻件^[3]。热模锻压机在汽车，发动机，拖拉机，舰船，航天，铁路，军工以及冶金等工业中运用普遍，是当今模锻车间的主要设备之一，同时也是现代模锻工业中重要的高精度模锻设备。随着汽车，高铁及航空航天等领域的高速发展，我们对热模锻设备的需求也会日益增长。但是热模锻压力机成套设备比较复杂，国内技术还不够成熟，还没有用户十分满意的热模锻设备。现阶段该技术主要被国外工业发达的国家企业掌握，例如日本,设备价格昂贵。据调查资料显示,热模锻压机于上世纪70年代开始在国外被迅速推广，开始大量运用于模锻工件的成批生产。热模锻压机是先进工业国家模锻生产中的主力,约占成型设备的55%左右,而我国的热模锻压力机生产仅占模锻产业的15%左右,主要用于汽车零部件成型^[4]。因此我们非常有必要对热模锻设备进行研究，研制出质量精度高，节约材料，生产效率高，安全性和可靠性均高的热模锻设备，而在结构设计的一个非常重要的环节就是进行强度，刚度等校核，已验证结构的合理性，并进行优化改善，以设计出令人满意的热模锻设备。

1.2热模锻压力机的发展情况

热模锻压机的产生要追溯到上个世纪30年代。世界上第一台热模锻压力机是由美国国民机器公司在上世纪三十年代制造的。其基本构件类似于100多年前就产生的平锻机。同时它存在着离合器的工作不良和由于大型齿轮的持续过载而导致的主动小齿轮的磨损等一连串问题。所以在1940年后，离合器被移动到了偏心轴，在飞轮上装配安全摩擦离合器。此后工作的重心转移到了各个零件的工作上，并对压力机进行改善。20世纪60年代以来,为了使产品的精度和生产率进一步提高并使压力机工作更可靠，克服传统热模锻压机的弊端，由于结构不断地改善而使热模锻压机进入了结构多元化阶段^[5]。上世纪80年代，日本住友和德国哈森克拉弗分别生产160MN热模锻压力。目前，越来越多的企业需要160MN热模锻压力。为了提升效率，对自动化的要求日益增高，热模锻生产线自动化程度不断发展。随着计算机技术的发展，将计算机运用于热模锻压机上是未来热模锻工艺的发展趋势。

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