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叉车门架上横梁下料成形工艺的优化设计

叉车门架上横梁下料成形工艺的优化设计叉车门架上横梁下料成形工艺的优化设计

高林寒,孙兵,陈萍

(合肥锻压集团叉车研究所)

摘要:针对叉车门架上横梁的结构特点,提出其下料成形工艺的优化方案.运用成熟的

计算机有限单元法非线形分析模块,对叉车门架上横梁的成形方案进行可行性分析与模拟验

证,再进行试制检测.结果证明:其外形尺寸和机械『生能完全能够满足设计要求.这一工艺优

化设计方案大大节约了成本,并为以后类似工件的下料成形工艺提供了参考.关键词:叉车门架;横梁;工艺优化设计;有限元法

随着原材料价格的上涨,企业制造成本有所增

加.如何在保证产品质量的前提下,降低材料消耗,

是各生产制造企业面临的迫切问题.依据现有设备

及生产能力,综合应用优化产品设计和工艺设计,

可以显着降低生产成本.本文针对3t叉车门架上

横梁的结构特点,对其提出下料成形工艺的优化方

案,并运用有限元法对方案的可行性进行模拟分析

和验证.

1结构工艺分析

1.1叉车门架上横梁结构特点

叉车门架上横梁是叉车提升系统中重要的受力

部件之一,其结构如图1所示.以3t叉车门架上横

梁为例,材质为Q235A,结构主要有以下特点:

1)A=697~1mm,尺寸较大;

2)料厚t=40ram;

3)6----60mm.

料厚f

图1叉车门架上横梁结构简图

1.2下料工艺分析

若直接采用火焰切割下料,材料利用率仅为30%左右,即使采用嵌入套料的方式下料,材料利用率也只有60%左右,而且不便组织大批量生产,因为在生产过程中,转换下料方式需要不少的费用和时间,既提高了生产成本,又降低了生产效率.1.3优化下料工艺图的确定

通过研究分析,若采用图2下料压形得到图1产品,进行批量套料,其套料排样如图3所示,将可以大幅度提高材料的利用率.

0

图2叉车门架上横梁工艺优化下料简图图3套料排样示意图

虽然工件热压比冷压后的机械性能好,但热压对设备要求高,成本消耗大,因此,该横梁不宜选择热压,而采用冷压成形.由图2下料件压形得到图l产品,须满足以下要求:

1)中性层展开长度不变(工艺要求可以放大1—2mm);

2)中间圆0圆弧部分的夹角0=90.;3)工件料厚允许有2mm的误差.

弯曲件展开长度计算公式如下:

一

69—

L=a+2Lx+rr/2R(1)

2(g一尺,,+1×2×1T×旦)(2)

斗二

式中:为弯曲件展开长度,常数;0为弯曲件两端压形后形状不变部分展开长度和,也是常数;为弯曲部分直线段长度;月为圆D圆弧中性层圆角半径(等于内圆半径R与b/2之和).利用Solidworks软件,通过试值就可以得出内圆半径R,和边长L,再由R很容易得到值.由此可以确定如图2所示的优化下料工艺图.

根据文献[1]提供的弯曲力计算公式可以计算出弯曲力F:

(3)

二.

式中:,为弯曲力;C为常系数;,为弯曲件的厚度;6为弯曲件的宽度;2S为支点间的距离;为材料的抗拉强度.

工件变形所需顶件力:

=

(30%,80%)F

弯曲设备标称压力:

Fy?F+Fq

通过以上分析计算,可以设计出合理的工艺尺寸并选定所需设备,进行下一步试制工作.2下料成形优化方案的可行性分析

2.1压形过程的有限元分析

对图2下料件压形过程进行分析模拟,运用大型有限元分析软件ANSYS,考虑到压力机相对于零件属刚性材料,故在此定义两种材料属性,其中压力机底座和压块定义成刚性材料属性,零件定义成塑

性材料属性,其有限单元模型网格图如图4所示.一

70一

图4成形分析有限元模型网格图

零件

ANSYS[21支持刚体一柔体的面一面接触单元,刚性面被当作目标面,此模型中使用Targel70来模拟3D的目标面,柔性体的表面被当作接触面,用Conta174来模拟.1个目标单元和1个接触单元叫做1个接触对程序,通过1个共享的实常号来识别接触对,为了建立1个接触对【3】给目标单元和接触单元指定相同的实常号.接触检查点位于接触单元的积分点上,在积分点上,接触单元不渗透进入目标面,然而,目标面能渗透进入接触面.定义好零件接触参数,对底座约束其所有自由度,压块施加位移约束,进行非线形求解分析,得到其最终结果图5CAE分析变形前后对比图

上横梁厚度方向在求解的迭代收敛计算过程中,程序每迭代计算一次,即判断是否收敛,如果收敛,进行下一步迭代计算,依次类推,最终得出要求的变形结果收敛,则结束计算.其中,上横梁厚度方向迭代计算过程的变形曲线如图6所示,可以看出,其最大变形量仅为0.8mm,远小于工艺允许的误差(2mm).