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

Vistas:62     Autor:Editor del sitio     Hora de publicación: 2023-08-15      Origen:Sitio

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1. Prólogo

El marco es el componente clave de la máquina de doblado.La rigidez del marco 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 la diseñador.La máquina dobladora de la serie A es un modelo que la empresa introdujo y promovió tecnología avanzada en el extranjero a principios de la década de 1980.La serie de máquinas dobladoras es simple, práctica y tiene una baja tasa de fallas.Ellos son profundamente amado por los usuarios y siempre han sido los productos calientes de la empresa.Dado que la máquina se diseñó antes de la década de 1980, estaba limitada al sistema de diseño y al nivel de software y hardware de la computadora en ese momento.En ese momento, el diseño se basó básicamente en el método tradicional de la mecánica de materiales convencional.Para las piezas estructurales soldadas a gran escala del marco de la máquina dobladora.El punto de concentración de tensión no se puede calcular con precisión, y el valor aproximado El método de hipótesis se usa a menudo y el resultado del cálculo es muy aproximado.Para asegurarse, los diseñadores a menudo agregan valores de experiencia artificial, lo que aumenta el factor de seguridad, lo que da como resultado un equipo que es muy engorroso, lo que consume 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 de las siguientes partes:

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Figura 1——Máquina dobladora en serie

Bastidor: soldado con placa de acero grueso, compuesto principalmente por la viga superior, las placas laterales izquierda y derecha y las vigas inferiores, que se utiliza para fijar varios componentes, como el cilindro de aceite, el riel de guía y el troquel inferior.

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

Cilindro: proporciona la fuerza de flexión necesaria para doblar la hoja y mueve el control deslizante hacia arriba y hacia abajo.

Barra de equilibrio: asegúrese de que el control deslizante se mueva sincrónicamente hacia la izquierda y hacia la derecha.

Slideway: fijado en el marco para limitar el movimiento de la corredera.

2.2 Objeto de investigación

La serie A de máquinas dobladoras producidas actualmente por la empresa tiene varias especificaciones.Este documento selecciona la máquina dobladora A3.1m × 1000kN más vendida y representativa para investigación y análisis.El objeto de investigación es el cuerpo del marco con la mayoría de los materiales.La Figura 2 es un diagrama de modelado tridimensional del marco de la máquina dobladora de la serie A.Está soldado con una placa de acero gruesa y dividido en tres partes: la viga superior, el lado izquierdo y derecho placas y la viga inferior.La viga superior es una estructura de placa doble para montar el variador.El cilindro de aceite;la viga inferior es una estructura de placa de acero de espesor total para recibir la fuerza de carga del molde inferior;se utiliza la placa lateral para conectar la viga superior y la viga inferior, y la placa lateral está provista de una garganta en forma de C para el propósito de alimentación.

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Figura 2——Modelo 3D de bastidor

3. Establecimiento del modelo de elementos finitos

El marco 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 el control de la red, el modelo está garantizado.La geometría y 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 cremallera;

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

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

3.1 Propiedades mecánicas de los materiales

Todos los bastidores están soldados con placa 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;

Límite elástico σs = 235MPa;

Tensión admisible [σ] = 160 MPa.

3.2 Carga del estante y descripción de la restricción

Se cambia la carga de la máquina dobladora en el trabajo real.La presión del cilindro aumenta 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, la la carga se trata como una carga estática.La fuerza de flexión máxima de la viga superior del marco cuando se somete a 3 cilindros es de 1000 kN, de los cuales 400 kN se asignan a los cilindros izquierdo y derecho, 200 kN se asignan al cilindro central, y la dirección es vertical hacia arriba;la viga inferior está sujeta a la transmisión de la corredera y el troquel inferior.Todas las fuerzas de flexión hacia abajo, la dirección es vertical hacia abajo.

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

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Figura 3——Carga en rack y restricciones

3.3 División de cuadrícula

El mallado 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 la El software SolidWords se utiliza para dividir la malla y el modelo.Dividido en 30170 unidades, el modelo de elementos finitos del marco se muestra en la Figura 4.

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Figura 4——Engranaje de rejilla

4. Análisis de los resultados de cálculo

Mediante el cálculo y análisis del software SolidWords se obtiene el diagrama de nube de esfuerzos y desplazamiento en dirección Y del pórtico, como se muestra en la Figura 5 y Figura 6. Los resultados muestran que la deformación máxima en la Y dirección a plena carga del marco 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 en la precisión de la máquina. por lo que no se presta mucha atención al valor de desplazamiento.

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

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Figura 6——Nube de estrés del estante

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 supera la tensión admisible del material del marco Q235 placa de acero en 160 MPa.En el trabajo real, la parte dañada es solo aquí, 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 nube de tensión del marco de la Fig. 6, la tensión máxima del marco aparece en la esquina inferior de la garganta en forma de C de la placa lateral.Como puede verse por las características del diseño original (Fig. 7), la Garganta 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 prensa. freno.Después de la mejora, la tensión máxima del marco es de 149 MPa a través del análisis del software y el efecto es obvio.Se puede ver que con una ligera optimización, la tensión máxima del marco cae inmediatamente dentro de el rango de tensión permisible del material.

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Figura 7——Característica de diseño original

Para buscar imperfecciones, continúe realizando una investigación profunda sobre el diseño original.El diseñador original también consideró que la garganta en forma de C del panel lateral del estante es la parte más débil del marco.En aras de 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 grietas en la boca.Sin embargo, desde el punto de vista de la mecánica de materiales, aumentar la las nervaduras de refuerzo no dan el máximo valor de uso del material.Intente eliminar las nervaduras de refuerzo sobre la base de optimizar las esquinas redondeadas y luego calcule y analice, y la tensión máxima del marco es de 155 MPa. Todavía en la esquina inferior de la garganta en forma de C, el desplazamiento máximo en la dirección Y es de 2,54 mm.Aunque el esfuerzo máximo después de quitar el refuerzo de la nervadura, todavía está dentro del rango de esfuerzo permisible del material.Se puede ver que aunque el diseño original de las costillas tiene un cierto efecto, pero el efecto no es obvio, pero se desperdician muchas materias primas y horas de trabajo de ensamblaje y soldadura, se puede considerar cancelar. 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 tomar atajos.A este fin, una mayor optimización, sobre la base de no cambiar el peso de la máquina, el material de la nervadura original se 'trasplanta' a la placa lateral, se elimina la nervadura de refuerzo y el ancho de la placa lateral es apropiadamente ensanchado.De esta manera, el valor de uso máximo del material se utiliza por completo, y la fuerza y ​​la rigidez de la máquina aumentan significativamente bajo la condición de que el peso de la máquina sea constante, y el El 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 llevó a cabo la prueba del prototipo.Se ha demostrado que la máquina plegadora optimizada ha logrado buenos resultados.Sin cambiar el peso de la máquina, la rigidez de la máquina es aumentó en un 20%, lo que puede ahorrar mucho tiempo de ensamblaje 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.el finito El software element se puede utilizar para optimizar fácilmente el diseño y producir productos de la mejor calidad con la menor cantidad de materiales.

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