Análisis de elementos finitos de caja cuadrada de portaherramientas inferior basado en ANSYS

  En la máquina cizalla mecánica de la serie Q11, como se muestra en la Figura 1, el portaherramientas inferior y la caja cuadrada son las partes principales que reciben fuerza. Durante el proceso de corte de la hoja, el conjunto de la caja cuadrada del portaherramientas inferior está sujeto aFuerza de corte vertical hacia abajo. La fuerza componente horizontal generada por el ángulo de inclinación de corte, la fuerza de presión aplicada al dispositivo de presión, y similares. Por lo tanto, en el proceso de diseño, es necesario asegurar quela resistencia y la rigidez del conjunto de caja cuadrada del bloque de herramientas inferior cumplen los requisitos, y la resistencia y la rigidez del bloque de herramientas inferior deben analizarse una vez completado el diseño estructural.

Figura 1

  Con el desarrollo continuo de la tecnología de aplicaciones informáticas, el análisis de elementos finitos se ha utilizado ampliamente para resolver tales problemas. En este documento, el software de análisis de elementos finitos ANSYS se usa para hacer el análisis de elementos finitosdel conjunto de la caja de herramientas cuadrada, y la distribución de la tensión y el cambio de desplazamiento de fuerza se obtienen.

  1. Modelo de simplificación.

  Dado que el modelo original tiene un gran número de orificios roscados, orificios de posicionamiento y esquinas redondeadas, y estos detalles tienen poco efecto en la fuerza, el modelo original se simplifica, y se omiten los orificios roscados del modelo original(especialmente los orificios roscados de la cuchilla de montaje se eliminan), características tales como pequeños orificios de posicionamiento y esquinas redondeadas, el esquema simplificado de frente a atrás del modelo se muestra en las figuras 2 a 4.

  Teniendo en cuenta que el proceso de corte de la herramienta en la placa de acero es un problema dinámico transitorio durante el proceso de trabajo, se selecciona el módulo Ls-dyna en el software general de elementos finitos ANSYS. El solucionador de módulos es adecuado.Para el cálculo de problemas de impacto, colisión y conformado de plásticos metálicos.

Figura 2--Antes de simplificar el modelo.

Figura 3 —— Después de simplificar el modelo

Figura 4 —— Agregar herramienta a la herramienta inferior.

  2. Definición de material y mallas.

  El portaherramientas inferior y el material de la caja cuadrada son de hierro fundido gris HT250. Según la información, el módulo de elasticidad del material es 1.410 11Pa, la relación de Poisson es de 0.28 y la densidad del material es de 7 800 kg / m3.

Seleccione el tipo de unidad del modelo y considere el modelo como un modelo sólido 3D, así que elija la unidad Solid 164 con 8 nodos. Teniendo en cuenta la longitud, anchura y altura del modelo, y con el fin de mejorar la precisión del cálculo y acortar latiempo de cálculo, el modelo se combina seleccionando el tamaño de cada unidad de 0.02 m. El resultado de la malla se muestra en la Fig. 5.

Figura 5: diagrama de cuadrícula de la caja cuadrada del portaherramientas inferior

  3. Aplicación de carga límite.

  Durante el proceso de trabajo, el portaherramientas inferior y la caja cuadrada soportan principalmente las fuerzas en tres direcciones, a saber: fuerza de corte vertical hacia abajo; componente de fuerza de corte horizontal; y la presión del dispositivo de prensado a laportaherramientas inferior.

  La fuerza de corte vertical de la máquina está diseñada para ser de 600 kN y la velocidad de corte es de 10 veces / min. La relación fuerza-tiempo de corte aplicada es como se muestra en la Fig. 6, y la posición en la que se aplica la fuerza de corte es como se muestra enFig. 7.

Figura 6 —— Diagrama de fuerza-tiempo de corte

Figura 7 —— Mapa de posición de fuerza de corte

  Durante el funcionamiento de la máquina de corte, el portaherramientas inferior también está sujeto a la fuerza de corte en la dirección horizontal. El ángulo de corte del portaherramientas en la máquina está diseñado para ser de 2.5 °, y la horizontalel componente es 600kN × tan2.5 ° = 25.8kN. De manera similar, la fuerza horizontal y su posición de aplicación se muestran en la Fig. 8.

Figura 8 —— Diagrama de fuerza-tiempo horizontal

Figura 9 —— Mapa de posición de fuerza horizontal

  Durante el proceso de corte, el portaherramientas inferior también está sujeto a la fuerza transmitida desde el dispositivo de presión al portaherramientas inferior a través de la placa de acero. La presión está diseñada para ser 15kN. Luego, el prensado aplicado.La fuerza y ​​su posición son las que se muestran en las Figs. 10 y 11.

Figura 10 —— Presionando diagrama de fuerza-tiempo

Figura 11 —— Presionando el mapa de posición de la fuerza

  La caja cuadrada del portaherramientas inferior está sujeta principalmente a dos fuerzas de unión durante el proceso de trabajo, que son respectivamente la restricción de posicionar pasos pequeños y las restricciones de las dos caras inferiores, y restringen todas lasgrados de libertad. Las restricciones impuestas se muestran en las figuras 12 y 13.

Figura 12 —— Dos restricciones de posición de la placa de oreja

Figura 13 —— Restricciones de dos lados del extremo inferior

  Durante el funcionamiento de la máquina de corte, la fuerza de corte se transmite a lo largo de la dirección de la anchura de la placa. Como se muestra en la Fig. 14, la posición de la aplicación está en un nodo a lo largo de la línea de borde en la hoja inferior, y lala dirección de la aplicación es a lo largo de la dirección positiva del eje Y (la fuerza de corte aplicada es negativa).

Figura 14 —— Posición de aplicación de la fuerza de corte.

  La fuerza horizontal se aplica en la misma posición que la aplicación de la fuerza de corte, y se aplica a un nodo en el borde superior de la cuchilla inferior en la dirección positiva a lo largo del eje Z.

  Hay nueve estructuras cilíndricas diseñadas en la placa de prensa de la máquina, y el material de la hoja se corta al presionar nueve estructuras cilíndricas para aplicar presión a la hoja. Para facilitar la aplicación de lacarga, el autor cambió el modelo tridimensional y dividió nueve caras circulares en el portaherramientas inferior para facilitar la aplicación de la fuerza de presión. Las nueve caras divididas se muestran en la Fig. 15. Se aplica la fuerza de presióna los nodos de las nueve caras de A182 a A189 y A207, la dirección es a lo largo de la dirección positiva del eje Y, y la posición de aplicación de la fuerza final es como se muestra en las Figuras 16.

Figura 15 —— Posición de aplicación de la fuerza de presión

Figura 16 —— Carga aplicada

  4. Resultado de la solución

  El modelo anterior se resuelve para obtener el mapa de nubes de tensión y el diagrama de nubes de cambio de desplazamiento de la caja cuadrada del portaherramientas inferior, como se muestra en la Fig. 17 y la Fig. 18.

Figura 17 —— Nube de estrés

Figura 18 —— Nube de cambio de desplazamiento

  Como se muestra en la Fig. 17 y la Fig. 19, la tensión máxima es de 202 MPa, que se distribuye en la posición de la costilla y la placa de oreja de posicionamiento, y el límite de resistencia a la tracción de la fundición gris HT250 es de 250 MPa. Por lo tanto, desde elEn el análisis teórico de resistencia y rigidez, se realiza el corte de la lámina. El corte no hace que el conjunto de la caja del portaherramientas inferior ceda o se rompa.

Figura 19 —— Posición de concentración de estrés

  Cuando la fuerza de corte es de 1500 kN, la distribución de la tensión se muestra en la Fig. 20. En este momento, la tensión en la región azul claro es de 223 MPa, que está cerca del rendimiento de la fundición gris HT250, que causa fácilmente el material arendimiento.

Figura 20 —— Distribución de tensión de la caja cuadrada de la herramienta inferior cuando la fuerza de corte es 1500kN

  5. Conclusión

  En este documento, basado en el método de elementos finitos, basado en las condiciones de trabajo reales del componente de la caja cuadrada de la caja de herramientas inferior, basado en el establecimiento preciso del modelo sólido, se selecciona un tipo de unidad razonable y unse realiza una malla razonable para establecer un modelo de elementos finitos, utilizando ANSYS. El software realiza análisis de estrés. A través del análisis, el mapa de nubes de estrés y el diagrama de nubes de cambio de desplazamiento de la caja cuadrada del portaherramientas inferiorse obtiene el ensamblaje y se visualiza visualmente la posición de concentración de tensión. Los resultados del análisis muestran que el factor de seguridad del diseño de la caja cuadrada de la caja de herramientas inferior es moderado, y su resistencia y rigidez pueden satisfacer el trabajorequisitos