双层圆挤压筒过盈量参数化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种双层圆挤压筒过盈量参数化设计方法，其特征在于：利用装在公知计算机上的专用软件，通过理论公式采用叠加计算的方法对双层圆挤压筒过盈量产生的装配压力和工作压力进行计算，得到双层挤压筒内外径等效应力值，对比结果优选设计参数。然后进行仿真计算，并在假设挤压筒为弹性体，在现有分层经验公式、拉梅公式、叠加算法和等效应力计算方法的基础上，得到计算双层挤压筒各自的内外径上的等效应力的计算方法，通过理论计算得到优选参数，然后通过仿真计算得到力学性态分布，为设计合理过盈量提供直接根据。本方法具有方便、快捷、准确的优点，缩短了设计周期，提高了设计质量，经济效果显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种双层圆挤压筒内外衬尺寸参数化设计方法，尤其涉及双层圆挤压筒 过盈装配和挤压时的计算和模拟，为挤压筒的内外衬厚度和过盈量选择提供参考依据。
技术介绍
挤压过程是高温高压高摩擦过程，挤压工模具设计与制造是铝合金型材挤压生产 的关键技术，不仅影响产品质量、生产效率和交货周期，而且也是决定生产成本的重要因素之一。挤压筒属于挤压工具中最昂贵的大型消耗件。双层挤压筒过盈组合套装能有效减 小应力峰值，提高挤压筒的耐用性。因此，过盈量的合理选择，成为挤压工具设计的重要参 数，也是设计难点。过盈量过小，不足以降低合成拉应力值；过大会使衬套产生塑性变形和 更换内衬套的困难。过盈值选择适当可使挤压筒寿命提高3-4倍，大大降低生产成本。目前，双层圆挤压筒过盈量大小设计的主要方法有两种。一种是理论计算结合个 人经验确定参数，再进行强度校核方法；另一种是采用有限元软件模拟分析的方法。理论法主要是先根据传统经验公式确定各层的厚度，再通过挤压力计算出最小过 盈量，通过理论进行强度校核。这种方法优点是直观，直接根据公式结合设计者的经验，设 定过盈参数。缺点是与设计者的阅历和经验有关，不确定因素大，容易造成损失。有限元法是一种先进的设计方法，是现在设计部门普遍采用的方法，计算结果精 确。缺点是有限元软件的每次计算都要先建立一次模型进行分析，但其对参数的选定带有 盲目性，造成设时间的浪费，使所选参数分析的结果缺乏预见性。
技术实现思路
本专利技术的提出，旨在克服现有挤压筒过盈量参数设计方法中的不确定因素、计算 量大、不易掌握和耗费大量劳动力和设计时间的缺点，提出了一种参数化设计方法，将理论 法和有限元法通过编程合二为一，采用经典弹性力学的计算公式进行初步计算，并将合理 的计算结果作参数，利用有限元分析法验证，对比两次分析的结果，最终确定过盈量的大 小。从而节省人力和时间，提高了设计参数的合理性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种，包括在公知计算机上装入《双层圆挤 压筒过盈量参数化计算和模拟软件.exe))的步骤，其特征在于设计过程包括下述步骤(1)打开所述软件，在弹出的《双层圆挤压筒过盈量参数化计算系统》界面上点击 “进入计算”按钮，进入计算；(2)输入计算需要的参数，包括公称压力、弹性模量、内外衬套初始尺寸，得出装配 和挤压两种状态的分层半径、装配压力、各层的应力值大小；(3)理论计算装配应力，在传统分层半径公式、拉梅公式基础上，假设挤压筒为全 弹性状态、符合小变形、线弹性本构方程、满足叠加原理的条件下，根据推理公式先求得两3层之间的套装压力状态，再将只有内压而无过盈的挤压筒应力状态与套装压力状态进行叠 加，求得挤压筒套装后任意位置的等效应力；(4)将在过盈加压时的内衬内侧的挤压筒应力略大于外衬内侧应力的情况判断结 果为合理，确认为最佳优选参数；若计算结果判断为不合理，则返回步骤(2)；(5)点击进入“有限元模拟”按钮，进入有限元分析结果界面，建立过Z轴的平面， 在平面上进行网格划分，划分径向和轴向网格；(6)定义弹性材料、杨氏模量，施加到所有面单元；(7)定义接触，设定过盈分析；(8)选中内衬侧面单元施加内压，绕轴线旋转，得到三维模型；(9)设置计算工况，第一工况为过盈装配，第二工况为加内压；(10)设置计算参数，提交分析，判断结果是否合理，若不合理，则返回步骤(2)；(11)保存Mises应力图片和曲线结果；(12)点击“结束”按钮，退出系统。与现有技术相比较，本专利技术的优点在于将理论计算和有限元方法的计算过程进行编程，使用者只要打开编好的软件输入 数值，就可以找到最佳的设计参数，使用起来方便、快捷、准确。缩短设计周期，提高了设备 的设计水平，为设计合理耐用的挤压筒提供直接依据。附图说明本专利技术有附图4幅，其中图1是本专利技术软件使用流程图。图2是本专利技术软件界面。图3是本专利技术软件理论计算界面。图4是本专利技术软件有限元计算结果界面。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图所示。一种，包括在公知计算机上装入 《双层圆挤压筒过盈量参数化计算和模拟软件.exe))的步骤，其特征在于设计过程包括下 述步骤首先输入理论计算需要的数值，如公称压力、弹性模量、内外衬套初始尺寸，就能得 出装配和挤压两种状态的分层半径、装配压力、各层的应力值大小。通过调整各层厚度和 过盈量，优选出最符合要求的数值。在传统分层半径公式、拉梅公式基础上，假设挤压筒为 全弹性状态，符合小变形，线弹性本构方程，满足叠加原理的条件下，先根据推理公式求得 两层之间的套装压力状态，再将只有内压无过盈的挤压筒应力状态与套装压力状态进行叠 加，求得挤压筒套装后任意位置的等效应力。这些推理公式包括分层半径公式为I = ^f(1-1) O2 c-b +O1式中δ工为内衬仅受装配外压过盈量/mmδ 2为外衬仅受装配内压过盈量/mm常温时的套装压力公式 Γ EH- _6]— W^)(1-2)式中E为杨式模量设挤压筒为全弹性状态，符合小变形，线弹性本构方程并满足叠加原理条件下，采 用叠加算法求得套装后任意位置应力值的公式为Qr= or' +ot (1-3)O0=O0' +O0 (1-4)式中ο r套装加压后径向应力/Nσ θ套装加压后周向应力/NOr'套装径向应力/Nσ/套装周向应力/Nσ r无套装加压径向应力/Nσ θ “无套装加压周向应力/N对于塑料材料，采用Mises等效应力计算挤压筒的内衬任意位置等效应力公式为σ =严2 + 心 +2(σ- -σ-.)2(1-5)「00491rr_+ aBnei + (t7T^i ~ f7Onei)/1L」i7Z^ses _wai —、2、丄合理的结果值，应是在过盈加压时，内衬内侧的挤压筒应力略大于外衬内侧应力 的情况，以此优选最佳参数。然后进入有限元分析，并与其软件求解器接合，调整好网格划分的尺寸，就可以直 接运行有限元求解器自动计算。提供Mises等效应力的分布和曲线图与理论计算结果对 比。如果两者相差不大，满足设计要求，就可确定为最终设计参数。编程过程如下1、过原点，以Z轴为轴线，建立过Z轴的平面。2、在平面上进行网格划分，划分径向和轴向网格。3、定义弹性材料，杨氏模量，施加到所有面单元。4、定义接触，设定过盈分析。5、选中内衬侧面单元施加内压，绕轴线旋转，得到三维模型。6、设置计算工况，第一工况为过盈装配，第二工况为加内压。7、设置计算参数，提交分析。8、后处理中，保存Mises应力图片和曲线结果。9、结束分析。以上与求解器的结合过程全部采用程序编写，无需逐步操作，自动完成。完成后可 以用本专利技术查看挤压筒内外衬力学性态，对比理论分析结果，为设计参数的最终确定提供 依据。实施例1首先打开本软件(双层圆挤压筒过盈量参数化计算和模拟软件.exe)，就会出现5图2所示的界面，点击“进入计算”按钮，进入到图3所示的理论计算界面。输入要计算的挤压机公称压力5500吨，杨氏模量根据不同情况给出，本例中杨氏 模量为170000，然后输入内套内半径200mm、内套外半径300. 66mm、外套内半径300mm、外套 外半径600mm的数值。这几个数值是可改变的，从而得到不同计算结果。点击右边的“过盈装配”，软件自动计算出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双层圆挤压筒过盈量参数化设计方法，包括在公知计算机上装入《双层圆挤压筒过盈量参数化计算和模拟软件．ｅｘｅ》的步骤，其特征在于：设计过程包括下述步骤：（１）打开所述软件，在弹出的《双层圆挤压筒过盈量参数化计算系统》界面上点击“进入计算”按钮，进入计算；（２）输入计算需要的参数，包括公称压力、弹性模量、内外衬套初始尺寸，得出装配和挤压两种状态的分层半径、装配压力、各层的应力值大小；（３）理论计算装配应力，在传统分层半径公式、拉梅公式基础上，假设挤压筒为全弹性状态、符合小变形、线弹性本构方程满足叠加原理的条件下，根据推理公式先求得两层之间的套装压力状态，再将只有内压而无过盈的挤压筒应力状态与套装压力状态进行叠加，求得挤压筒套装后任意位置的等效应力；（４）将在过盈加压时的内衬内侧的挤压筒应力略大于外衬内侧应力的情况判断结果为合理，确认为最佳优选参数；若计算结果判断为不合理，则返回步骤（２）；（５）点击进入“有限元模拟”按钮，进入有限元分析结果界面，建立过Ｚ轴的平面，在平面上进行网格划分，划分径向和轴向网格；（６）定义弹性材料、杨氏模量，施加到所有面单元；（７）定义接触，设定过盈分析；（８）选中内衬侧面单元施加内压，绕轴线旋转，得到三维模型；（９）设置计算工况，第一工况为过盈装配，第二工况为加内压；（１０）设置计算参数，提交分析，判断结果是否合理，若不合理，则返回步骤（２）；（１１）保存Ｍｉｓｅｓ应力图片和曲线结果；（１２）点击“结束”按钮，退出系统。...

【技术特征摘要】
一种双层圆挤压筒过盈量参数化设计方法，包括在公知计算机上装入《双层圆挤压筒过盈量参数化计算和模拟软件.exe》的步骤，其特征在于设计过程包括下述步骤(1)打开所述软件，在弹出的《双层圆挤压筒过盈量参数化计算系统》界面上点击“进入计算”按钮，进入计算；(2)输入计算需要的参数，包括公称压力、弹性模量、内外衬套初始尺寸，得出装配和挤压两种状态的分层半径、装配压力、各层的应力值大小；(3)理论计算装配应力，在传统分层半径公式、拉梅公式基础上，假设挤压筒为全弹性状态、符合小变形、线弹性本构方程满足叠加原理的条件下，根据推理公式先求得两层之间的套装压力状态，再将只有内压而无过盈的挤压筒应力状态与套装压力状态进行叠加，求得挤压筒套装后...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵蓬，孙远国，宋清玉，殷文齐，
申请(专利权)人：一重集团大连设计研究院有限公司，中国第一重型机械股份公司，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]