Análisis de elementos finitos y mejora del bastidor de la máquina dobladora

  1. Prólogo

  El marco es el componente clave de la máquina dobladora. La rigidez del bastidor afecta directamente el rendimiento de seguridad y la precisión de flexión de la máquina. Cómo equilibrar la calidad y el costo siempre ha sido la dirección de ladiseñador. La máquina dobladora de la serie A es un modelo que la compañía introdujo y promovió tecnología avanzada desde el extranjero a principios de los años ochenta. La serie de máquinas dobladoras es simple, práctica y tiene un bajo índice de fallas. SonMuy querido por los usuarios y siempre han sido los productos calientes de la compañía. Dado que la máquina fue diseñada antes de la década de 1980, estaba limitada al sistema de diseño y al software y al nivel de hardware en ese momento. En ese momento, el diseño.Se basaba básicamente en el método tradicional de la mecánica de materiales convencionales. Para las piezas estructurales soldadas a gran escala del bastidor de la máquina dobladora. El punto de concentración de la tensión no se puede calcular con precisión, y la aproximaciónEl método de hipótesis se usa a menudo, y el resultado del cálculo es muy aproximado. Para asegurar, los diseñadores a menudo agregan valores de experiencia artificial, lo que aumenta el factor de seguridad, lo que da como resultado un equipo muy engorroso, queConsume materiales y aumenta la dificultad de producción.

  2. La estructura principal y objeto de investigación de la máquina-herramienta.

  2.1 estructura de la máquina

  La máquina dobladora de la serie A es la estructura de transmisión superior, como se muestra en la Figura 1. Compuesta principalmente por las siguientes partes:

Figura 1 —— Una máquina dobladora en serie

  Bastidor: soldado por chapa de acero gruesa, compuesta principalmente por vigas superiores, placas laterales izquierda y derecha y vigas inferiores, utilizadas para la fijación de diversos componentes como cilindro de aceite, riel de guía y matriz inferior.

Control deslizante: la estructura general de la placa de acero grueso está conectada con el cilindro de aceite y el riel de guía, y el extremo inferior se fija con el molde superior, y el cilindro de trabajo impulsa el movimiento alternativo superior e inferior para completarla hoja de flexión.

  Cilindro: proporciona la fuerza de flexión necesaria para doblar la hoja y hace que el control deslizante se mueva hacia arriba y hacia abajo.

  Barra de equilibrio: asegúrese de que el control deslizante se ejecuta de forma síncrona hacia la izquierda y hacia la derecha.

Vía deslizante: fijada en el marco para limitar el movimiento del deslizador.

  2.2 objeto de investigación

  La serie A de máquinas dobladoras producidas actualmente por la compañía tiene varias especificaciones. Este documento selecciona la máquina dobladora más vendida y representativa de A3.1m × 1000kN para investigación y análisis. El objeto de investigación es elCuerpo de bastidor con la mayor cantidad de materiales. La Figura 2 es un diagrama de modelado tridimensional del bastidor de la máquina dobladora de la serie A. Está soldado por una placa de acero gruesa y se divide en tres partes: la viga superior, el lado izquierdo y el derechoPlacas y la viga inferior. La viga superior es una estructura de doble placa para el montaje de la unidad. El cilindro de aceite; la viga inferior es una estructura de placa de acero gruesa para recibir la fuerza de carga del molde inferior; se usa la placa lateralpara conectar la viga superior y la viga inferior, y la placa lateral está provista de una garganta en forma de C con el fin de alimentar.

Figura 2 —— Modelo 3D en rack

  3. Establecimiento del modelo de elementos finitos.

  El bastidor de la máquina dobladora está soldado. Si se utiliza la estructura de soldadura durante el modelado, se deben considerar factores como el tipo de soldadura entre las placas de acero, lo que aumentará considerablemente la complejidad del cálculo.proceso. Para facilitar la generación y control de la red, el modelo está garantizado. La geometría y las propiedades mecánicas son similares a la situación real, y se realizan las siguientes simplificaciones:

  (1) Generación de patrón de una sola pieza para el modelo de rack;

  (2) Para acercarse más a la situación real de soldadura, todas las soldaduras son achaflanadas;

  (3) Elimine las estructuras finas, como los orificios de proceso, los orificios roscados y las costillas que tienen menos influencia en la resistencia y la rigidez.

  3.1 Propiedades mecánicas de los materiales.

  Todos los racks están soldados por chapa de acero Q235. Los parámetros mecánicos de la placa de acero Q235 son los siguientes:

  Módulo elástico E = 210GPa;

  Relación de Poisson μ = 0.28;

  Densidad ρ = 7,8 × kg / m3;

  Fuerza de rendimiento σs = 235MPa;

  Tensión admisible [σ] = 160 MPa.

  3.2 Rack de carga y descripción de la restricción

  Se modifica la carga de la máquina dobladora en el trabajo real. La presión del cilindro se incrementa gradualmente desde el valor cero, y la presión se dobla después del pico y luego se descarga. Dado que se realiza el análisis lineal estático, elLa carga se trata como una carga estática. La fuerza de flexión máxima de la viga superior del bastidor cuando se somete a 3 cilindros es 1000 kN, de los cuales 400 kN se asignan a los cilindros izquierdo y derecho, 200 kN se asigna al cilindro medio,y la dirección es vertical hacia arriba; La viga inferior está sujeta a la transmisión del deslizador y la matriz inferior. Todas las fuerzas de flexión hacia abajo, la dirección es vertical hacia abajo.

  El marco se fija al suelo. Aunque el marco está fijado por pernos de anclaje, los pernos de anclaje solo limitan la dirección de la traslación de la superficie inferior, y no tienen gran influencia en la precisión del análisis estructural. La parte inferiordel pie limita su restricción total, como se muestra en la Figura 3.

Figura 3: carga y restricciones de rack

  3.3 división de cuadrícula

La malla es un paso muy importante en el análisis de elementos finitos. La calidad de la malla está directamente relacionada con la precisión de los resultados del cálculo de elementos finitos, e incluso el resultado no es válido. La función de elementos finitos de laEl software de SolidWords se usa para dividir la malla y el modelo. Dividido en 30170 unidades, el modelo de elemento finito de marco se muestra en la Figura 4.

Figura 4 —— malla de bastidores

  4. Análisis de resultados de cálculo.

  A través del cálculo y análisis del software SolidWords, se obtiene el diagrama de nubes de tensión y desplazamiento en la dirección Y del marco, como se muestra en la Figura 5 y la Figura 6. Los resultados muestran que la deformación máxima en la YLa dirección a plena carga del bastidor es de 2.43 mm en la parte superior de la viga superior. En el trabajo real, el desplazamiento de la viga superior está dentro del rango de deformación elástica del material, lo que tiene poco efecto sobre la precisión de la máquina,por lo que no se presta mucha atención al valor del desplazamiento.

Figura 5 —— Mapa de nubes de desplazamiento en dirección Y

Figura 6 —— Nube de estrés en rack

  La tensión máxima del marco es de 169 MPa en la esquina redondeada de la garganta en forma de C de la placa lateral, que excede la tensión admisible de la placa de acero Q235 del material del marco en 160 MPa. En el trabajo real, la parte dañada es soloAquí, visible temprano. Hay una falta de diseño.

  5. Diseño mejorado

  En respuesta a las deficiencias del diseño original, se mejoró el diseño original.

  De acuerdo con el diagrama de nubes de tensión del cuadro de la Fig. 6, la tensión máxima del cuadro aparece en la esquina inferior de la garganta en forma de C de la placa lateral. Como se puede ver en las características del diseño original (Fig. 7), laGarganta en forma de C de la placa lateral del marco. El radio de filete inferior es R120 y el filete superior es R200. De acuerdo con la experiencia real, cambiar el cambio de filete al filete superior no afecta el uso normal de la prensafreno. Después de la mejora, la tensión máxima del marco es de 149 MPa a través del análisis de software, y el efecto es obvio. Se puede ver que con una ligera optimización, la tensión máxima del marco cae inmediatamente dentroEl rango de tensión admisible del material.

Figura 7 —— Característica de diseño original

  Para perseguir las imperfecciones, continúe investigando a fondo el diseño original. El diseñador original también consideró que la garganta en forma de C del panel lateral del bastidor es la parte más débil del marco. En arasDe seguridad, el diseñador agregó un refuerzo a la garganta del panel lateral para reducir la garganta en forma de C hasta cierto punto. El riesgo de agrietarse en la boca. Sin embargo, desde el punto de vista de la mecánica de materiales, el aumento de laLas costillas de refuerzo no dan el valor máximo de uso del material. Intente eliminar los nervios de refuerzo basándose en la optimización de las esquinas redondeadas y luego calcule y analice, y la tensión máxima del marco es de 155 MPa.Aún en la esquina inferior de la garganta en forma de C, el desplazamiento máximo en la dirección Y es de 2.54 mm. Aunque la tensión máxima después de que se retira el refuerzo de la costilla, todavía está dentro del rango de tensión admisible delmaterial. Se puede ver que aunque el diseño original de las costillas tiene un cierto efecto, pero el efecto no es obvio, pero se desperdicia una gran cantidad de materias primas y horas de trabajo de montaje y soldadura, se puede considerar su cancelación.Sin embargo, teniendo en cuenta que esta serie de modelos se ha producido durante más de 30 años, el volumen de ventas es de casi 10,000 unidades y hay muchos usuarios. Si las costillas se cancelan ahora, los usuarios sospecharán de esquinas de corte. ACon este fin, una optimización adicional, sobre la base de no cambiar el peso de la máquina, el material de la costilla original se trasplantó & quot; a la placa lateral, la costilla de refuerzo se retira, y el ancho de la placa lateral esapropiadamente ampliado. De esta manera, el valor máximo de uso del material se utiliza completamente, y la resistencia y rigidez de la máquina aumentan significativamente bajo la condición de que el peso de la máquina sea constante, yel aumento de la fuerza y ​​la rigidez significa que se mejora el rendimiento general de la máquina.

  6. Conclusión

  De acuerdo con los datos de diseño optimizados, se realizó la prueba del prototipo. Se ha demostrado que la máquina de doblado optimizada ha logrado buenos resultados. Sin cambiar el peso de la máquina, la rigidez de la máquina esaumentado en un 20%, lo que puede ahorrar mucho tiempo de montaje y soldadura, y tiene un buen valor económico. Se puede ver que el diseño informático tradicional o la experiencia es difícil de cumplir con los requisitos de optimización. Lo finitoEl software element se puede utilizar para optimizar fácilmente el diseño y producir productos de la mejor calidad con la menor cantidad de materiales.