铸铝拉伸机的结构设计 -开题报告

3.0 闻远设计 2023-07-09 46 4 37.79KB 9 页 10光币

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课题来源及研究的目的和意义：

1.1 课题来源及研究目的：

课题题目：铸铝拉伸机的结构设计

课题来源：教师指定

1.2 课题研究的目的和意义：

研究目的：

随着科技的发展，人们对材料的研究也不断深入，对于材料的一些实验也应运而生，

材料的力学性能是它的性能的重要指标，因此针对它的力学性能会出现比如拉伸，扭转，

挤压等实验，而随着实验的不断深入，针对不同材料进行不同实验也出现了相应的实验装

置，本论文是针对材料的拉伸力学性能进行测试的装置进行设计。

因此设计一种电机驱动材料拉伸机是十分必要的，可以针对铸铝材料对其进行拉伸力

学性能测试，对推动社会的科技的发展有着重要的意义，既可以方便科研人员对材料拉伸

试验研究的深入性，也可以在进行试验的时候节省大量的时间。

研究意义：

当前，国内的材料拉伸试验以单向拉伸为主，多数采用万能试验机，主要适用于航

空、材料、冶金、大专院校、科研单位、建筑、轻工、航天等领域。国内的双向拉伸试验

机在近些年来逐渐得到发展。其中，以北京航空航天大学研制的基于液压控制的双向拉伸

试验机和北方工业大学研发的基于伺服控制的双向拉伸试验机为代表，并进行了许多卓有

成效的科研工作。日本于 2010 年已经完成了双向拉伸领域的国内标准的制定，而德国在国

际冲压协会的组织下，也完成了相关领域标准的制定，在此环境下，国内学者对于双向拉

伸的研究工作已经刻不容缓，并具有极重要的意义。

一般来讲，常见的材料在生产及应用过程中，会受到复合应力作用，即处于双向应力

状态。单向拉伸试验所得到的材料力学性能参数已经不能满足工程实际中的应用，例如：

为了描述板材成形性能，采用单向拉伸试验获取总延伸率进行定性评价，但产生的局部变

形由于存在颈缩区内，在薄板冲压成型领域是不可取的:在板料辊弯成形领域,由于板材受

压辊的横向拉力和纵向拉力,处于双向应力状态,并且把板材回弹的因素考虑进去,进行模拟

仿真;在产品的实际应用中,从损伤角度探究产品的损坏断裂等情况:对现有屈服准则进行验

证,对高新材料的屈服准则进行推导和验证等等,以上都需要以双向拉伸试验为基础.随着新

兴材料的大量兴起,比如汽车用高强度钢等各向异性材料及复合材料,仅从单向拉伸试验中

无法准确描述材料的力学行为,还是要以双向拉伸试验数据为依据.制定相应的国内标准，

只对于国内材料领域在今后的发展有至关重要的意义。

国内外研究现状：

2.1 国外研究现状：

1910 年由德国人 A • M • Erichsen 发明了杯突试验,并于 1912 年取得德国专利。由

于杯突试验可以利用较少的材料对板料的成形性能进行快速的测定 ,所以得到了广泛的应

用。由杯突试验得到不同材料的杯突值,即使这壁数值很相近,其成形过程及力学性能差别

有可能会很大。主要由于是实际生产中多数冲模与杯突试验的冲头相比过大。所以,用杯突

值不能精确表示板料的成形性能。上世纪五十年代提出了用塑性应变比和应变硬化指数来

评定板材成形性能,但不能够定量地描述其成型性能;六十年代,由 Keeler 和Goodwin 提出

的成形极限图(FLD),为探究板料的成形性能奠定了坚实基础,至今,在此领域中仍发挥重要

作用。在双向拉伸试验中,对于各向同性板料,常采用拉扭试验与薄壁管拉胀试验,通过不同

的试验参数配置,使试件处于不同的加载路径下,主要用于研宄各向同性材料在不同加载路

径下的塑性变形过程。对于各向异性板料,常用试验方法是液压胀形实验、刚性模胀形试验

以及压延等试验,或缺口、宽板试件拉深试验等基本试验及其组合,但通过这些试验只能确

定等双拉点、平面应变点等几个特征点的力学行为,难以获得任意加载比例下板料的力学性

能。早在60 年代,基于十字形试件进行加载的双向拉伸机这一概念就已提出,但由于十字形

试件的设计、模拟优化以及制备,双向拉伸机的协同运动控制及精度,十字形试件中心

区域的应力应变的测定等等问题限制了其发展。近些年来,由于运动控制系统的不断优化,

生产加工水平不断提高,使这一概念得到了发展和实现。2008年,日本东京农工大学桑原利

彦教授研发了十字形试件双向拉伸试验机,此试验机加载比例可调,但同步性不能控制。我

国于上世纪 80 年代以日本进口 DCS-25T 万能试验机为基础,安装4 个传感器,研制出机械式

双向拉伸试验机,但也只能简单测定载荷比为 1: 1 和 1:2 这两个比例下的应力应变关系。

之后,北京航空航天大学自主研发的双向拉伸试验机,基于液压控制,建立了能够对十字形试

件进行双向拉伸试验的机械部分、运动控制系统以及操作软件的综合设计搭建,实现了同轴

向的两组夹头的位移同步控制,能够完成不同比例加载路径下的双向拉伸试验。

2.2 国内研究现状

国内在拉伸领域中并不成熟,装置大多比较陈旧,精度不能达到要求,试验费用过高,但

随着工业化进程的不断提升,在此领域的研究和需求也不断提高,这些因素促进了对于拉伸

试验机的研发.由于日本、德国已经制定了拉伸的国内标准，并正在向国际迈进，对比于

此，国内的拉伸领域也应加快对拉伸机的研发速度，完成相应的试验研究，

中国材料类拉伸试验机的发展阶段是：五十年代使用的材料试验机主要从苏联和民主

德国引进，六十年代以仿制为主，七十年代定型大批生产，八十年代开发新产品，九十年

代改革开放吸收国外一些先进技术进行开发。六十年代开始，以长春材料试验机研究所为

源头，先后制定各种材料试验机的技术标准，研发各种类型的试验机和相应的检定（校

准）使用的标准仪器设备，基本上满足了国民经济和国防建设的需要。

在九十年代以前，计划经济时代，国内的试验机企业以国营体制为主。如长春材料试

验机厂、长春智能仪器设备有限公司、天水红山试验机厂、吴忠材料试验机厂、青山试验

机厂、吴忠微型试验机厂、上海试验机厂、济南试验机厂、承德试验机厂、广州测试仪器

厂等十多个单位生产不同型号或规格的材料试验机。在计划经济时代，国家按企业分工进

行计划生产、计划销售试验机，各企业间也不存在什么竞争，所以国内试验机企业的进步

是比较缓慢的，同国外试验机行业相比差距较大。

二十世纪九十年代初，我国实行了市场经济，众多民营企业应运而生。试验机制造行

业也和其它行业一样，民营企业登上了试验机行业的舞台。近几年，随着国内试验机民营

企业的不断做强做大，国有企业的改制，中国的试验机行业由原来以国有企业为主逐步演

变为以民营企业唱主角的时代。

长期以来，试验机也一直是欧美对我国尖端科研课题限制出口的产品。我国的国防科

技工业和其它部门的科研院所不能直接进口某些关键材料试验的仪器设备。所以，要发展

中国的试验机产业，就必须走自主创新的道路。在新三思集团公司为首的中国试验机民营

企业的不断努力下，中国试验机的技术水平得到了长足的进步，国内与国外的试验机技术

水平的差距正在逐步的缩小。

课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法：

3.1 本次研究的主要内容：

（1）方案1 设计是采用电机驱动式，主驱动装置电机轴出来连接减速器，减速器输出轴

连接有锥齿轮，通过锥齿轮的传动，带动主轴的转动，主轴通过齿轮带的传动方式，将主

轴的转动传递给两个从动轴。

工件的拉伸是采用滚珠丝杠实现的，两个从动轴分别将转动传递给各自连接的滚珠丝杠

装置，将转动转化为拉伸装置沿竖直方向的移动，实现对材料的拉伸，拉伸装置位于两个

滚珠丝杠中间，通过一个连接杆，两端分别连接到两个滚珠丝杠装置上。对于工件的夹紧

是采用两个带角度的滑块，在斜槽内滑动的方式实现的，两个滑块的运动是靠手动拧紧螺

纹的方式实现的，这种夹紧方式，夹紧可靠并且结构简单易于操作。这种结构稳定性好，

可靠性高，可以有效的输出不同的拉力，并且是材料在竖直方向受到了拉力均匀。



：丝杠 ：丝杠模组 ：简易装夹装置 ：工作台 ：同步带 ：斜齿轮组 ：减速器

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摘要：

课题来源及研究的目的和意义：1.1课题来源及研究目的：课题题目：铸铝拉伸机的结构设计课题来源：教师指定1.2课题研究的目的和意义：研究目的：随着科技的发展，人们对材料的研究也不断深入，对于材料的一些实验也应运而生，材料的力学性能是它的性能的重要指标，因此针对它的力学性能会出现比如拉伸，扭转，挤压等实验，而随着实验的不断深入，针对不同材料进行不同实验也出现了相应的实验装置，本论文是针对材料的拉伸力学性能进行测试的装置进行设计。因此设计一种电机驱动材料拉伸机是十分必要的，可以针对铸铝材料对其进行拉伸力学性能测试，对推动社会的科技的发展有着重要的意义，既可以方便科研人员对材料拉伸试验研究的深入性，也...

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