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Análisis de elementos finitos de la caja cuadrada del soporte de herramienta inferior basado en ANSYS

Vistas:30     Autor:Editor del sitio     Hora de publicación: 2019-02-21      Origen:Sitio Preguntar

En la máquina de corte mecánica de la serie Q11, como se muestra en la Figura 1, el soporte de herramienta inferior y la caja cuadrada son las principales partes que reciben la fuerza. Durante el proceso de corte de hoja, el conjunto de la caja cuadrada del soporte de herramienta inferior está sujeto a Fuerza de cizallamiento vertical hacia abajo. La fuerza del componente horizontal generada por el ángulo de inclinación de corte, la fuerza de presión aplicada al dispositivo presionante y similares. Por lo tanto, en el proceso de diseño, es necesario asegurarse de que La resistencia y la rigidez del conjunto de la caja cuadrada del bloque de herramientas inferior cumplen los requisitos, y la resistencia y la rigidez del bloque de herramientas inferior deben analizarse después de que se complete el diseño estructural.

Elemento finito

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 utiliza para hacer el análisis de elementos finitos del conjunto de la caja de herramientas cuadradas, y se obtiene la distribución de tensión y el cambio de desplazamiento de fuerza.


1. Simplificación del modelo

Dado que el modelo original tiene una gran cantidad de agujeros roscados, posicionamiento de agujeros y esquinas redondeadas, y estos detalles tienen poco efecto en la fuerza, el modelo original se simplifica y se omiten los agujeros roscados del modelo original. (Especialmente se eliminan los agujeros roscados de la cuchilla de montaje), características como pequeños orificios de posicionamiento y esquinas redondeadas, el esquema simplificado de adelante hacia 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 de elementos finitos generales ANSYS. El solucionador del módulo es adecuado Para calcular problemas de impacto, colisión y plástico de metal.

Elemento finito

Figura 2--Antes de simplificar el modelo

Elemento finito

Figura 3— - Después de simplificar el modelo

Elemento finito

Figura 4— - Herramienta agregada a la herramienta inferior - Box Modelo 3D

2. Definición de material y malla

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


Seleccione el tipo de unidad de modelo y considere el modelo como un modelo sólido 3D, por lo que elija 164 unidad sólida con 8 nodos. Considerando la longitud, el ancho y la altura del modelo, y para mejorar la precisión del cálculo y acortar el Tiempo de cálculo, el modelo se combina seleccionando cada tamaño de unidad de 0.02m. El resultado de la malla se muestra en la figura 5.

Elemento finito

Figura 5— - Diagrama de cuadrícula de caja cuadrada del portavasos más lindos

3. Aplicación de la carga de límite

Durante el proceso de trabajo, el soporte de herramienta inferior y la caja cuadrada llevan principalmente a las fuerzas en tres direcciones, a saber: fuerza de corte vertical hacia abajo; componente de fuerza de corte horizontal; y presión del dispositivo presionante al Bottador de herramientas inferior.


La fuerza de corte vertical de la máquina está diseñada para ser de 600KN y la velocidad de corte es 10 veces/min. La relación de tiempo de corte 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 en Fig. 7.

Elemento finito

Figura 6—-Diagrama de tiempo de fuerza de gasolina

Elemento finito

Figura 7— - Mapa de posición de la fuerza del gasolina

Durante el funcionamiento de la máquina de cizallamiento, el portavasos inferior también está sujeto a la fuerza de corte en la dirección horizontal. El ángulo de corte del portavasos en la máquina está diseñado para ser de 2.5 ° y el horizontal El componente es 600kn × tan2.5 ° = 25.8kn. Del mismo modo, la fuerza horizontal y su posición de aplicación se muestran en la figura 8.

Elemento finito

Figura 8—-Diagrama de tiempo de fuerza horizontal

Elemento finito

Figura 9— - Mapa de posición de fuerza horizontal

Durante el proceso de corte, el soporte de la herramienta inferior también está sujeto a la fuerza transmitida desde el dispositivo de presión al portavasos inferior a través de la placa de acero. La presión está diseñada para ser de 15kn. Entonces, la prensa aplicada La fuerza y ​​su posición son como se muestra en las Figs. 10 y 11.

Elemento finito

Figura 10—-Presentar diagrama de tiempo de fuerza

Elemento finito

Figura 11— - Mapa de posición de la fuerza de presentación

La caja cuadrada del soporte de herramienta inferior se somete principalmente a dos fuerzas vinculantes durante el proceso de trabajo, que son respectivamente la restricción de posicionar pequeños pasos y las restricciones de las dos caras inferiores, y restringir todas grados de libertad. Las restricciones impuestas se muestran en las Figuras 12 y 13.

Elemento finito

Figura 12— - Dos restricciones de posición de la placa del oído

Elemento finito

Figura 13 - - End más limitaciones de las dos restricciones laterales

Durante el funcionamiento de la máquina de corte, la fuerza de corte se transmite a lo largo de la dirección de ancho 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 cuchilla inferior y el La dirección de la aplicación está a lo largo de la dirección positiva del eje Y (la fuerza de corte aplicada es negativa).

Elemento finito

Figura 14— - Posición de aplicación de la Fuerza del Cizorizante

La fuerza horizontal se aplica en la misma posición que la aplicación de 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 cizina al presionar nueve estructuras cilíndricas para aplicar presión a la hoja. Para facilitar la aplicación del Carga, el autor cambió el modelo tridimensional y dividió nueve caras circulares en el soporte de herramienta 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 presión A los nodos de las nueve caras de A182 a A189 y A207, la dirección está a lo largo de la dirección positiva del eje Y, y la posición de aplicación de fuerza final es como se muestra en las Figuras 16.

Elemento finito (15)

Figura 15— - Presupción de la posición de aplicación de la fuerza

Elemento finito (16)

Figura 16— - Carga aplicada

4. Resultado de la solución

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

Elemento finito (17)

Figura 17— - Nube de estress

Elemento finito (18)

Figura 18— - Cambio de desplazamiento de la nube

Como se muestra en la Fig. 17 y la Fig. 19, el estrés máximo es 202 MPa, que se distribuye en la posición de la costilla y la placa del oído de posicionamiento, y el límite de resistencia a la tracción del hierro fundido gris HT250 es de 250 MPa. Por lo tanto, de la Análisis teórico de la fuerza y ​​la rigidez, se lleva a cabo el cizallamiento de la hoja. El corte no hace que el conjunto de la caja del soporte de herramienta inferior cedga o se rompa.

Elemento finito (19)

Figura 19— - Posición de concentración de estrés

Cuando la fuerza de corte es de 1500kn, la distribución del estrés 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 del hierro fundido gris HT250, lo que provoca fácilmente el material a producir.

Elemento finito (20)

Figura 20— - Distribución de estress de la caja cuadrada de herramienta inferior cuando la fuerza de corte es de 1500 knad

5. Conclusión

En este documento, basado en el método de elementos finitos, basado en las condiciones de trabajo reales del componente de caja cuadrada de la caja de herramientas inferior, basado en el establecimiento preciso del modelo sólido, se selecciona un tipo de unidad razonable y un La malla razonable se realiza para establecer un modelo de elementos finitos, utilizando ANSYS. El software realiza análisis de estrés. A través del análisis, el mapa de la nube de tensión y el desplazamiento cambian el diagrama de la nube de la caja cuadrada del soporte de herramienta inferior Se obtienen ensamblaje y la posición de concentración de tensión se muestra visualmente. Los resultados del análisis muestran que el factor de seguridad del diseño de la caja cuadrada de la caja de herramientas inferiores es moderada, y su fuerza y ​​rigidez pueden cumplir con el trabajo requisitos.

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