闭塞成形液压机本体CAD参数化设计研究
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摘要
本文根据闭塞成形工艺的要求，在总结分析了以往液压机本体CAD设计方法的基础上，以UGⅡ为软件开发平台，应用现代先进的设计理论与方法，以实用商业化为目标，研究了一种全新的液压机设计方法——闭塞成形液压机本体CAD参数化设计方法。此方法实现了通过少数几个驱动参数的改变，即可快速完成闭塞成形液压机本体的设计，并真正实现了系列化的设计过程。
该方法的整个设计过程主要包含三部分，即方案选择比较、液压机本体CAD参数化设计及液压机本体的强度与刚度分析。本文中提供了多种本体设计方案，主要有预紧框架式结构、整体焊接式结构及缸动式结构。参数化设计过程以三维实体模型为基础，并应用三维设计软件特征、相关、表达式等技术完成了液压机本体CAD参数化设计及相关二维工程图的绘制与标注，实现了从草图设计到实体模型再到二维工程图的全相关设计。
本文应用UGⅡ软件的二次开发工具(USER TOOLS)及二次开发语言(GRIP语言)，开发了用户设计菜单及相应的参数交互界面，方便了设计过程，使操作更加快捷，提高了设计效率。
另外，本文首次建立了包括框架、工作缸等主要零部件在内的整体接触三维有限元分析模型，并应用ANSYS软件进行了整体结构刚度、强度的分析，获得了不同柱塞垫板刚度、不同框架立板布置及中心与偏心载荷工况下，框架整体强度、刚度的有限元分析结果，实现了以更为合理的分析模型来对该种设计结构的整体性能反应进行预测，其结果对这类闭塞成形液压机本体的设计具有指导意义。
According to the requirement of the Obturated Deformation and based on analyzing CAD designing method of hydraulic press before, a new designing method aiming at practical comercialization, CAD parametric designing method of Obturated Extrusion hydraulic press, has been developed on the platform of UGII software. The design of hydraulic press can be finished quickly through modifying a few driving-parameters. This can really realize series of designs.
The whole designing procedure includes three partitions, projects comparing> CAD parametric design of hydraulic press and strength analyzing of hydraulic press. Lots of designing projects has been afforded such as advanced-tight structure of framing^ whole-welding structure and moved-cylinder structure. Parametric designing procedure can finish CAD parametric design of hydraulic press and engineering drawings of two dimensions based on solid models and the technologies of feature associated and expression of three dimensioned software, and then realize associated design from sketched-design to solid modeling and to engineering drawing of two dimensions.
Applying USER TOOLS and GRIP of UGII software, user's designing menu and interactive interface of parameters have been developed which can convenient designing procedure and advance designed efficiency.
Another, 3D finite element modeling include frame and cylinder has been builded firstly in this article. Then strength and stiffness have been analysed using ANSYS software. The finite element results of whole frame have been gained with different strength, different distribution of block, central and eccentric loads. The results can conduct the factual manufacturing.
该方法的整个设计过程主要包含三部分，即方案选择比较、液压机本体CAD参数化设计及液压机本体的强度与刚度分析。本文中提供了多种本体设计方案，主要有预紧框架式结构、整体焊接式结构及缸动式结构。参数化设计过程以三维实体模型为基础，并应用三维设计软件特征、相关、表达式等技术完成了液压机本体CAD参数化设计及相关二维工程图的绘制与标注，实现了从草图设计到实体模型再到二维工程图的全相关设计。
本文应用UGⅡ软件的二次开发工具(USER TOOLS)及二次开发语言(GRIP语言)，开发了用户设计菜单及相应的参数交互界面，方便了设计过程，使操作更加快捷，提高了设计效率。
另外，本文首次建立了包括框架、工作缸等主要零部件在内的整体接触三维有限元分析模型，并应用ANSYS软件进行了整体结构刚度、强度的分析，获得了不同柱塞垫板刚度、不同框架立板布置及中心与偏心载荷工况下，框架整体强度、刚度的有限元分析结果，实现了以更为合理的分析模型来对该种设计结构的整体性能反应进行预测，其结果对这类闭塞成形液压机本体的设计具有指导意义。
According to the requirement of the Obturated Deformation and based on analyzing CAD designing method of hydraulic press before, a new designing method aiming at practical comercialization, CAD parametric designing method of Obturated Extrusion hydraulic press, has been developed on the platform of UGII software. The design of hydraulic press can be finished quickly through modifying a few driving-parameters. This can really realize series of designs.
The whole designing procedure includes three partitions, projects comparing> CAD parametric design of hydraulic press and strength analyzing of hydraulic press. Lots of designing projects has been afforded such as advanced-tight structure of framing^ whole-welding structure and moved-cylinder structure. Parametric designing procedure can finish CAD parametric design of hydraulic press and engineering drawings of two dimensions based on solid models and the technologies of feature associated and expression of three dimensioned software, and then realize associated design from sketched-design to solid modeling and to engineering drawing of two dimensions.
Applying USER TOOLS and GRIP of UGII software, user's designing menu and interactive interface of parameters have been developed which can convenient designing procedure and advance designed efficiency.
Another, 3D finite element modeling include frame and cylinder has been builded firstly in this article. Then strength and stiffness have been analysed using ANSYS software. The finite element results of whole frame have been gained with different strength, different distribution of block, central and eccentric loads. The results can conduct the factual manufacturing.
引文
1 陆志强，李锐，蔡建国．产品设计中的计算机辅助设计工具及其实施方法．机械设计与研究，1997，(1)：37-39
2 余俊．现代设计理论和方法简介．重型机械，1982，(2)：14-17
3 俞新陆．液压机．北京：机械工业出版社，1990：25-28
4 K.J.Bathe.Numerical Methods in Finite Element Analysis. Prentice-Hall, Inc, 1976:35-36
5 吕丽萍．有限元法及其在锻压工程中的应用．西安：西北工业大学出版社，1989：8-15
6 D.R.J.Owen. E.Hinton.Finite Elements in Plasticity:Theory and Practice.Pineridge Press Limited, 1980:45-47
7 程耿东．工程结构优化设计基础．北京：水利电力出版社，1983：13-17
8 赵希禄．液压机机架的三维整体结构优化设计．[燕山大学硕士学位论文]．1988：1-5
9 马克．空间板系结构的优化设计．[燕山大学硕士学位论文]．1987：15-20
10 曹光祥．液压机本体的 CAD 系统研究．[燕山大学硕士学位论文]．1991：10-14
11 许耀昌．CAD／CAM基础．北京：电子工业出版社，1995：10-13
12 唐荣锡．CAD／CAM技术．北京：北京航空航天大学出版社，1994：45-50
13 苗明午．机械行业CAD技术的应用与发展．起重运输机械，1997，1：11-13
14 吉村豹治，岛崎定．闭锻造法现状．塑性加工，1983，24(271)：743-748
15 牧野内昭武．塑性上加工，1986，(271)：310-315
16 筱崎吉太朗，吉村豹治，安藤弘行．精密锻造闭塞锻造技术．塑性加工，1999，(4)：28-31
17 吉村豹治，筱崎吉太朗．闭塞锻造锻造加工法．塑性加工，2000，(10)：18-21
18 夏巨谌．精密塑性成形工艺．北京：机械工业出版社，1999：56-57
19 李季，骆际焕，戴望保．十字轴径向挤压机的研制．锻压技术，1997，3：23-25
20 工藤英明．塑性加工，1967，8(267)：776-786
21 筱崎吉太郎．昭和55年度机械技术研究所秋季研究讲演会，1980，37：55-56
22 ANDERL R, MENDGEN R.Modeling with constraints theoretical foundation and application. Computer aided Design, 1996,28(3): 155-168
23 FENG Changxue, HUANG Chunche, KUSIAK A.Presentation of function and features in detail design[J] .Computer aided Design, 1996,28(12): 961-971
24 GARDAN Y, MINICH C.Feather-based models for CAD/CAM and their limits[J].Computer in Industry, 1993,23(3):3-11
25 D Roller. An approach to computer-aided parametric design. Computer Aid Design, 1991,23 (5):23-33
26 徐斌，宋宝玉，王兆海．发动机零件特征参数化模型．哈尔滨工业大学学报．2000，2：33-35
27 李世芸，黄亚宇，张桂芳．参数化约束设计CAD及应用．昆明理工大学学报，1998：7-9
28 曾纪荣．CAD在产品系列化设计中的应用．机械，1996，4：17-18
29 张红桩．基于UG平台的轿车轮毂CAD／CAM一体化研究．[燕山大学硕士学位论文]．1999：22-27
30 朱江新，罗广义．基于参数化的塑料模模具设计系统．工艺装备，2000，38(431)：118-123
31 蔡小康．面向制造的特征参数化建模方法．机械与电子，1994：35-38
32 俞新陆．液压机．北京：机械工业出版社，1990：10-15
33 俞新陆．液压机的现代设计理论．北京：机械工业出版社，1988：56-58
34 赵希禄，聂绍珉．预紧组合式压力机机身的结构优化设计．锻压技术，1994，1：119-21
35 李浩，谢庆生．基于特征的参数化造型的思想．CAD／CAM计算机辅助设计与制造，2000，5：31-34
36 俞新陆．液压机．北京：机械工业出版社，1990：25-28
37 俞新陆．液压机．北京：机械工业出版社，1990：121-125
38 杨洪旗．模具设计与CAD技术．计算机辅助设计与制造，2000，4：41-42
39 张仪生．UG提高我们计算机应用水平．UG用户通讯，1998，5：111-113
40 Unigraphics.Brief intruduction. EDS Unigraphics, 1996:157-165
41 EDS Unigraphics Solution. Unigraphics Essential,1995:67-80
42 EDS Unigraphics Solution. Unigraphics Modeling, 1995:131-149
43 EDS Unigraphics Solution.UG/OPEN API Reference, 1995:463-486
44 EDS Unigraphics Solution. Unigraphics Drafting, 1995:163-180
45 EDS Unigraphics Solution.Unigraphics Assemblies, 1995:205-225
46 EDS Unigraphics Solution. Unigraphics Mechanisms,1995:367-388
47 唐正荣．UG开发工具User Function模块综述．UG用户通讯，1995，3：47-49
48 EDS Unigraphics Solution. GRIP Programing Manual,1995:56-72
49 吴雨辰，刘超．建立标准件库的几种方法．CAD＼CAM＼CAE＼PDM技术开发与创新．UGS中国用户论文集．东南大学出版社，2000：224-227
50 胡道钟，胡海，杜荣军等．基于UG的模具标准件库的建立．CAD＼CAM＼CAE＼PDM技术开发与创新．UGS中国用户论文集．东南大学出版社，2000：218-221
51 郑永刚．议粗糙度符号的自动标注．UG用户通讯，1995，2：38-40
52 O．C．监凯维奇．有限元上册．科学出版社，1985：151-156
53 S.Kobayashi, S.I.Oh, T. Altan.Metal Forming and the Finite Element Method. Oxford University Press, 1989:51-53
54 姜晋庆，张铎．结构弹塑性有限元分析法．北京：宇航出版社，1987：15-44
55 赵经文，王宏钰．结构有限元分析．哈尔滨工业大学出版社，1996：6-50
56 ANSYS Company.ANSYS Technology Report, 1996:121-125
57 ANSYS Company.ANSYS Basic Analysis Procedure Guide,1996:87-95
58 梁森．开式数控回转头压力机机身角边形计算．锻压机械，1995，(3)：12-13
59 李季．数控回转头压力机机身结构分析．锻压技术，1996，(6)：46-49
60 汤文成，易红．加工中心床身结构分析．机械强度，1998，(1)：11-13
61 王保领，生平，史宝军．开式压力机机身的有限元分析和优化设计．重型机械，1999，3：46-48
62 赵长财，袁荣娟．法兰支撑液压缸缸底弹性力学分析．机械设计，1994，(4)：12-17
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55 赵经文，王宏钰．结构有限元分析．哈尔滨工业大学出版社，1996：6-50
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61 王保领，生平，史宝军．开式压力机机身的有限元分析和优化设计．重型机械，1999，3：46-48
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