Diseño de cizalla hidráulica basado en Pro Mechanica

La cizalla hidráulica es un equipo común de corte y separación de metales, que puede completar muchos tipos de procesos de corte. Cortar La tecnología de modelado de elementos finitos se ha utilizado ampliamente en la optimización del rendimiento de varios tipos de componentes de la máquina de corte, y también proporciona una gran comodidad para el diseño mejorado del cuerpo combinado de la máquina de punzonado y corte. En este documento, se toma una cizalla hidráulica de serie Q como objeto de investigación, y el análisis estático de elementos finitos de la estructura general del lecho se lleva a cabo con la ayuda del software Pro / E y su módulo Mechanica. En base a los resultados del análisis, se encuentran la tensión máxima y la posición de deformación máxima del lecho de la máquina. Luego, en base al análisis estático, se proporcionan el análisis de sensibilidad y la simulación del diseño de optimización estructural de la estructura del lecho para proporcionar una referencia para la mejora del rendimiento y el diseño de optimización de la estructura del lecho.

1 Análisis estático de elementos finitos del cuerpo combinado de la máquina de punzonado y corte

1.1 Principio de funcionamiento y análisis de tensiones de la cizalla hidráulica

La Figura 1 es un diagrama de principio de funcionamiento de una máquina punzonadora y cizalla hidráulica combinada de tipo Q. La cizalla hidráulica tiene varias funciones, como punzonado, corte de perfil y corte de chapa. El sistema de accionamiento hidráulico proporciona la fuente de energía para el punzonado y el cizallamiento. Las funciones de punzonado y corte son accionadas por los cilindros de punzonado y cizallamiento, respectivamente. Entre ellos, la función de corte de perfil proporciona múltiples ventanas de corte de perfil, que pueden usar las herramientas instaladas en varias posiciones en el portaherramientas de corte para completar el procesamiento de corte de componentes de acero ordinarios como acero cuadrado, acero redondo, acero de canal y viga en I. Para lograr una cizalla hidráulica

El diseño óptimo de la estructura del cuerpo necesita analizar la fuerza de la cama bajo diversas condiciones de trabajo. La figura 2 muestra las principales formas de carga de este tipo de cuerpo combinado de punzonadora y cizalla bajo varios modos de procesamiento comunes.

En la Figura 2, Fa1 y Fa2 son la fuerza de reacción y la presión de perforación de la base del cilindro de perforación durante el proceso de perforación; Fb, Fc y Fd son los dos tipos de modo de corte de perfil y modo de corte de hoja. Carga; Fb1x, Fb1y, Fb2x, Fb2y, Fc1x, Fc1y, Fc2x, Fc2y, Fd1x, Fd1y, Fd2x y Fd2y son los puntos de apoyo para los portaherramientas de corte en varios modos de procesamiento y

Cizalla de montaje de carga de fulcro.

El material de la cama es Q235, el módulo elástico E = 2.1 * 105MPa, la relación de Poisson μ = 0.28, y la tensión permisible de la cama es 210MPa. Al perforar, el espesor máximo de perforación es de 16 mm y el diámetro de perforación es de 25 mm; cuando se procesa la placa, el acero plano se puede cortar con un grosor de 16 mm y el ancho es de 250 mm; cuando se corta el perfil, el diámetro máximo de acero redondo es de 45 mm con un borde cuadrado de acero Acero de canal de 40 mm de largo y 12 mm de espesor.

1.2 Modelado de elementos finitos de la estructura del lecho

De acuerdo con las características estructurales del cuerpo combinado de la máquina de punzonado y cizallamiento, se construye un modelo sólido tridimensional del cuerpo del lecho utilizando el software Pro / E, y el cuerpo del lecho se enreda utilizando el divisor de rejilla AutoGEM proporcionado por Pro / Mechanica.

ANSYS / LS-DYNA utiliza el formato de diferencia central en el método de integración directa para integrar las ecuaciones de movimiento y no forma una matriz de rigidez.Cuando las matrices de masa y amortiguación son matrices diagonales, no se requiere inversión de matriz.

Durante el análisis de elementos finitos, las restricciones y cargas correspondientes se aplican en función de los resultados del análisis de fuerza anterior, y se imponen grados completos de libertad en los grados de libertad de los nodos en la parte inferior de la placa de soporte de la cama.

2 Diseño optimizado de la estructura del cuerpo de la cizalla hidráulica

De acuerdo con los requisitos de diseño, el peso de la cama o el valor máximo de tensión del punto peligroso en la cama se puede seleccionar como la función objetivo. Aquí, el peso de la cama se selecciona como la función objetivo, y la expresión es:    

Entre ellos: n es el número de celdas unitarias divididas por la malla de elementos finitos; ΔVk es el volumen del k-ésimo elemento finito; ρ es la densidad del material del lecho.

A través del análisis de sensibilidad global y el análisis de sensibilidad local, se descubre que el modelo de optimización de la estructura del lecho es más sensible al grosor de la placa lateral H y al ángulo de apertura W en la boca del tigre. De acuerdo con los resultados del análisis de sensibilidad, los parámetros H y W se seleccionan aquí como variables del diseño óptimo, como se muestra en la figura 3. Entre ellos, el valor de H varía de 30 mm a 50 mm, y el valor inicial es de 40 mm; el valor de W varía de 100 ° a 145 °, y el valor inicial es de 135 °.

En el proceso de diseño de optimización, las variables de diseño deben cumplir con sus restricciones correspondientes. En este documento, la tensión máxima no es más que la tensión permitida como restricción. Ejecute el modelo de simulación y obtenga el H = 38.7 mm y W = 128.7 ° optimizados.

3 Conclusión

Utilizando el software Pro / E y el módulo Mechanicala, se realizó el análisis estático de elementos finitos de la estructura general del cuerpo combinado de la máquina de punzonado y cizallamiento. Basado en el análisis de sensibilidad de los parámetros de la estructura del lecho, se propone un esquema de diseño óptimo de la estructura del lecho. Los resultados del análisis de simulación de optimización muestran que al diseñar adecuadamente el grosor de la placa lateral y el ángulo de apertura en la boca del tigre, el peso del producto del lecho se puede reducir efectivamente para ahorrar material, y la estructura optimizada del lecho puede cumplir los requisitos de uso en diversas condiciones de trabajo.