小吨位门架上横梁制造工艺的优化

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1、小吨位门架上横梁制造工艺的优化摘要：本文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模拟验证，再进行试制检测。结果证明：其外形尺寸和机械性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，并为以后类似梁的下料成形工艺提供了可行性经验指导。关键词：叉车门架；横梁；工艺优化设计；有限元法TheOptimizingDesignabouttheUpperCrossbeamCuttingTechnicsofForkliftMas

2、tAbstract:Throughthetechnicsdesigntheoryanalysis,puttingforwardoptimingscheme,usingfiniteelementmethodtosimulateandverifythetheme,thentotrial-produceandbatch-produce.Significantlysavedcostsandimprovedmarketcompetitiveability.Keywords:Forkliftmast;Crossbeam;Technics

3、OptimizingDesign;Finiteelementmethod.4随着原材料价格的大幅上涨，企业制造成本显著增加。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，可以显著降低生产成本。本文主要针对3吨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、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3吨门架上横梁为例，材

4、质为Q235A，结构主要有以下特点：（1）mm，尺寸较大；（2）料厚t＝40mm；（3）b＝60mm。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，也只有60%左右，材料利用率很低，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。图2叉车门架上横梁工艺

5、优化下料简图图3套料排样示意图4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，该横梁不易选择热压，而采用冷压成形。由图2下料件压形得到图1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O圆弧切线交角θ＝90°；（3）工件料厚t允许有2mm的误差。根据弯曲件展开长度计算公式(1)、(2)(1)(2)其中，为弯曲件展开长度常数，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，为圆O圆弧中性层圆角半径（等于内圆半径R1与厚度b/2的和）

6、。利用Solidworks软件，通过试值就可以得出内圆半径R1和边长，再由R1很容易得到R2值。由此可以确定如图2所示的优化的下料工艺图。根据弯曲力计算公式（3）计算出弯曲力F：(3)其中，F为弯曲力；C为常系数；t为弯曲件的厚度；b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：Fq＝（30％～80％）F；弯曲设备标称压力：。通过以上分析计算，可以设计出合理的工艺尺寸以及所需设备，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

7、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，其中不同颜色代表不同的材料属性。图4成形分析有限元模型网格图ANSYS支持刚体—柔体的面—面的接触单元，刚性面被当作“目标”面，此模型中使用Targe170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。一个目标单元和一个接单元叫做一个“接触对”程序，通过一个共享的实常号来识别“接触对”，为了建立一个“接触对”给目

8、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，得到其最终结果如图5所示。图5CAE分析变形前后对比图上横梁厚度方向在求