在甘肃省科技攻关计划资助下,开展高速剪切设备的虚拟开发研究。以高速剪切设备创新设计为研究对象,进行新型高速剪切设备的虚拟开发。 根据剪切技术的概念和技术特点,简要回顾了剪切技术相关定义及运用较为普遍的剪切方式——径向夹紧剪切、轴向加压剪切、青脆温度热剪切和高速剪切等,认为高速剪切方法应用范围广,发展前景广阔。由于高速剪切要求剪切速度在5m/s以上,而且在关键的剪切过程中需要保持稳定高速,以期达到理想的棒料断面剪切质量,其动力系统的设计是重点和难点。通过简要分析现有的剪切设备和压力机械的发展现状,阐述了这种全新的高速棒料剪切机的设计方案——液气式高速棒料剪切机提出的背景。 基于现有的设计方案——液气式高速棒料剪切机,分析其构件设计特点。针对棒料高速剪切的特点和要求,该机采用进油打击,气压回程实现高速剪切的工作循环。提出必须确保加速蓄能器和加压蓄能器分别在活塞加速和加压过程中为活塞上腔提供足够的压力,才能使活塞顺利实现快速启动、高速剪切的基本要求。 根据液气式高速棒料剪切机的工作性质,对动力系统加速阶段和加压阶段的数学模型进行优化,得到了系统不同阶段的运动方程。运用MATLAB工具,对加速和加压阶段进行了动力系统分析,得到了原方案的机构设计和相关部件设计存在缺陷的结论,在此基础上对液气式高速棒料剪切机相关部件进行了优化设计,完成了基于3D特征造型的主要部件的结构设计,确定了剪切过程提供动力的加速蓄能器和加压蓄能器的选择参数。 对优化设计的液气式高速棒料剪切机,分析其运动状态,得到了各个阶段的力函数。编写力函数程序,利用ADAMS对液气式高速棒料剪切机进行动力学分析,得到了加速、加压、缓冲和复位阶段的分析结果。分析结果表明:加速蓄能器能够确保加速阶段活塞的启动,为剪切提供速度保证;加压阶段,高压泵可以提供足够压力的液压油,实现棒料的顺利剪切;由高压下腔和补油油腔组成的缓冲系统较好地实现了活塞缓冲;活塞低压下腔可以很好地实现活塞的复位。 研究结果表明,结构优化后的液气式高速棒料剪切机原理正确,动力系统和结构设计均能满足高速剪切的基本要求,具有加工范围大、剪切效率高、操作方便等特点。液气式高速棒料剪切机具有推广应用的价值。