大型冷轧环机虚拟设计研究

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1、武汉理工人学硕十学位论文摘要环件轧制是借助于坏件轧制设备——轧环机，使环件产生壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的连续局部塑性加工工艺。它具有省力、节能、节材、生产率高、生产成本低、产品范围广等显著特点，广泛应用于生产各种无缝环件。本文提出了可轧环件最大外径毋350ram，最大轴向宽度70ram的大型冷轧环机设计要求，完成冷轧环机虚拟设计和虚拟样机的创建工作。在确定轧制工艺参数和关键部件结构参数基础上，采用模块化设计思想，应用三维造型软件Pro／E创建了冷轧坏机八大主要部件系统CAD模型：主轴部件、芯辊部件、形位辊部件、主滑块部件、进给系统、机械手和机架部件，并

2、依据各部件空『日J装配关系完成整机CAD模型的创建。运用有限元分析软件ANSYS完成冷轧环机关键部件有限元分析，得到了主轴、丝杠和机架的应力和变形分布规律，找到了设计薄弱环节并提出了针对性的修改；主轴和丝杠的动力学特性对整机动态特性和加工精度影响较大，因此选择主轴和丝杠完成动力学分析，得到了它们的固有频率和振型，模态分析结果表明主轴和丝杠固有频率较高，有效的避开了共振区，不会发生共振。在整体结构确定的情况下为了使结构布置更紧凑，设计更合理，选择机架重量最小为目标函数，完成机架结构优化设计，分析结果表明保证足够刚度和强度的条件下，机架重量降低15．6％，左右侧板

3、厚度减小16．7％，底板厚度减小16．7％，拉杆半径减小25％。在多体系统动力学仿真分析软件ADAMS环境下建立冷轧环机虚拟样机模型。根据轧制工艺参数设置进给参数完成运动仿真，观察冷轧环机运动过程，得到了冷轧环机工作循环过程运动特性曲线。根据冷轧环机工作特性，设计液压进给系统原理图并完成主要液压元器件的选择。利用MATLAB／SIMULINK建立进给系统方框图，调整PID控制器参数KI、Kp和KD，分析比例伺服阀控闭环系统的动念特性，得到系统阶跃信号响应曲线，分析表明当K，=0．6，KI=O．1，KD=0．0008时，系统控制效果较好。关键词：大型冷轧环机，虚

4、拟设计，有限元分析，虚拟样机，运动仿真武汉理丁大学硕十学位论文AbstractRingrollingisahigh··efficiencyandhigh—·qualityadvancedmanufacturetechnology,withwhichthediameteroftheringincreasesastheringcrOSS-sectiondecreasesbyringrollingmill．Ithasmanycharacteristicssuchassavingformingforceandproductioncost，increasingutili

5、zationratioofenergyandmaterial，risingproductivity,wideningprocessingrangeofringproductsetc．Asaresult，ringrollinghasbecomethemainmanufacturemethodofmanykindsofsuperiorseamlessringparts．Itwassubmittedthatthedesignrequirementsoflargesizecoldringrollingmillwhichcanproduceringpartwithutm

6、ostdiameter庐350mm，andutmostwidth70ram．ThetaskofvirtualdesignofthemachineWasaccomplished，andthe3Dmodelsandtheprototypingwereestablished．Withthemodularizationdesignway,CADmodelswerecreatedbyusingthe3DsoftwarePro／Eafterrollingprocessparametersandstructureparametersofkeycomponents．TheCA

7、Dmodelsweremadeupofeightmaincomponents，suchaSspindleassembly,mandrelassembly,guiderollassembly,slidingblock，feedsystem，manipulatorandhousingassembly．ThesecomponentswereassembledintotheCADmodelsofthemachineaccordingtointer-partorientation．Thekeycomponentswereanalyzedbyusingthefinitee

8、lementanalysissoftw