Análise de elementos finitos da caixa quadrada do suporte de ferramentas inferiores com base no ANSYS

Na máquina de cisalhamento mecânica da série Q11, conforme mostrado na Figura 1, o suporte inferior da ferramenta e a caixa quadrada são as principais peças de recebimento de força. Durante o processo de corte de folhas, o conjunto da caixa quadrada do suporte da ferramenta inferior é submetida a Força de cisalhamento vertical para baixo. A força do componente horizontal gerada pelo ângulo de inclinação de cisalhamento, a força de prensagem aplicada ao dispositivo de prensagem e similares. Portanto, no processo de design, é necessário garantir que A resistência e a rigidez do conjunto da caixa quadrada do bloco inferior atendem aos requisitos, e a resistência e a rigidez do bloco de ferramentas inferiores devem ser analisadas após a conclusão do projeto estrutural.

figura 1

Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de aplicativos de computador, a análise de elementos finitos tem sido amplamente utilizada para resolver esses problemas. Neste artigo, o software de análise de elementos finitos ANSYS é usado para fazer a análise de elementos finitos do conjunto da caixa de ferramentas quadradas e a distribuição de tensão e a mudança de deslocamento de força são obtidas.

1. Simplificação do modelo

Como o modelo original tem um grande número de orifícios rosqueados, orifícios de posicionamento e cantos arredondados, e esses detalhes têm pouco efeito na força, o modelo original é simplificado e os orifícios rosqueados do modelo original são omitidos (Especialmente os orifícios roscados da lâmina de montagem são excluídos), características como pequenos orifícios de posicionamento e cantos arredondados, o esquema simplificado de frente para trás do modelo é mostrado nas Figuras 2 a 4.

Considerando que o processo de cisalhamento da ferramenta na placa de aço é um problema dinâmico transitório durante o processo de trabalho, o módulo LS-DYNA no software de elementos finitos em geral ANSYS é selecionado. O solucionador do módulo é adequado Para calcular o impacto, a colisão e os problemas de formação de plástico de metal.

Figura 2--Antes de simplificar o modelo

Figura 3 - - depois de simplificar o modelo

Figura 4 - - Ferramenta ADD para o Modelo Post inferior da ferramenta - Box 3D

2. Definição de material e malha

O suporte inferior da ferramenta e o material da caixa quadrada é HT250 Ferro fundido cinza. De acordo com as informações, o módulo elástico do material é de 1,410 11PA, a proporção de Poisson é de 0,28 e a densidade do material é 7 800kg/m3.

Selecione o tipo de unidade de modelo e considere o modelo como um modelo sólido 3D; portanto, escolha 164 unidade sólida com 8 nós. Considerando o comprimento, largura e altura do modelo e para melhorar a precisão do cálculo e reduzir o Tempo de cálculo, o modelo é combinado selecionando cada tamanho de unidade de 0,02m. O resultado da malha é mostrado na Fig. 5.

Figura 5 - - Diagrama de grade de caixa quadrada do suporte para ferramentas para ferramentas

3. Aplicação da carga de limite

Durante o processo de trabalho, o suporte da ferramenta inferior e a caixa quadrada carregam principalmente as forças em três direções, a saber: força de cisalhamento vertical para baixo; componente de força de cisalhamento horizontal; e pressão do dispositivo premente para o suporte de ferramenta inferior.

A força de cisalhamento vertical da máquina é projetada para ser 600kn e a velocidade de cisalhamento é 10 vezes/min. O relacionamento de tempo de força de cisalhamento aplicado é como mostrado na Fig. 6, e a posição na qual a força de cisalhamento é aplicada é como mostrado em Fig. 7.

Figura 6—-Diagrama de tempo de força

Figura 7— - Mapa de posição de força de cargo

Durante o funcionamento da máquina de cisalhamento, o suporte inferior da ferramenta também é submetido à força de corte na direção horizontal. O ângulo de corte do suporte da ferramenta na máquina foi projetado para ser 2,5 ° e o horizontal O componente é 600kn × tan2,5 ° = 25,8kn. Da mesma forma, a força horizontal e sua posição de aplicação são mostradas na Fig. 8.

Figura 8—-Diagrama de tempo de força horizontal

Figura 9— - Mapa de posição de força horizontal

Durante o processo de cisalhamento, o suporte da ferramenta inferior também é submetido à força transmitida do dispositivo de prensagem para o suporte da ferramenta inferior através da placa de aço. A pressão foi projetada para ser 15kn. Então, o pressionamento aplicado Força e sua posição são como mostrado nas Figs. 10 e 11.

Figura 10--Pressionando o diagrama de tempo de força

Figura 11 - - Pressionando o mapa de posição da força

A caixa quadrada do suporte da ferramenta inferior é submetida principalmente a duas forças de ligação durante o processo de trabalho, que são respectivamente a restrição de posicionar pequenos passos e as restrições das duas faces inferiores, e restringir todo o graus de liberdade. As restrições impostas são mostradas nas Figuras 12 e 13.

Figura 12— - Duas restrições de posição da placa da orelha

Figura 13 - - Fim de restrições laterais de fim de final

Durante a operação da máquina de cisalhamento, a força de cisalhamento é transmitida ao longo da direção da largura da placa. Como mostrado na Fig. 14, a posição de aplicação está em um nó ao longo da linha da borda na lâmina inferior e o A direção da aplicação está ao longo da direção positiva do eixo y (a força de cisalhamento aplicada é negativa).

Figura 14— - Posição de aplicação de força de cargo

A força horizontal é aplicada na mesma posição que a aplicação da força de cisalhamento e é aplicada a um nó na borda superior da lâmina inferior na direção positiva ao longo do eixo Z.

Existem nove estruturas cilíndricas projetadas na placa de prensa da máquina, e o material da folha é cortado pressionando nove estruturas cilíndricas para aplicar pressão à folha. Para facilitar a aplicação do Carga, o autor alterou o modelo tridimensional e dividiu nove faces circulares no suporte da ferramenta inferior para facilitar a aplicação da força de prensagem. As nove faces divididas são mostradas na Fig. 15. A força de prensagem é aplicada Para os nós das nove faces de A182 a A189 e A207, a direção é ao longo da direção positiva do eixo Y, e a posição de aplicação de força final é como mostrado nas Figuras 16.

Figura 15 - - Pressionando a posição da aplicação de força

Figura 16— - Carga aplicada

4. Resultado da solução

O modelo acima é resolvido para obter o mapa da nuvem de tensão e o diagrama de nuvem de alteração de deslocamento da caixa quadrada do suporte da ferramenta inferior, como mostrado na Fig. 17 e Fig. 18.

Figura 17— - Cloud Stress

Figura 18—— Cloud de mudança de deslocamento

Como mostrado na Fig. 17 e Fig. 19, a tensão máxima é de 202 MPa, que é distribuída na posição da costela e na placa da orelha de posicionamento, e o limite de resistência à tração do ferro fundido cinza HT250 é de 250 MPa. Portanto, do Análise teórica da força e rigidez, a cisalhamento da folha é realizada. O corte não faz com que o conjunto da caixa do suporte da ferramenta inferior ceda ou quebre.

Figura 19— - posição de concentração de tensão

Quando a força de cisalhamento é de 1500kn, a distribuição de tensão é mostrada na Fig. 20. Nesse momento, a tensão na região azul clara é de 223 MPa, que é próxima do rendimento do ferro fundido cinza HT250, que causa facilmente o material para produção.

Figura 20 - - Distribuição de estresse da caixa quadrada da ferramenta inferior quando a força de cisalhamento é 1500kn

5. Conclusão

Neste artigo, com base no método do elemento finito, com base nas condições de trabalho reais do componente inferior da caixa de ferramentas, com base no estabelecimento preciso do modelo sólido, um tipo de unidade razoável é selecionado e um A malha razoável é realizada para estabelecer um modelo de elemento finito, usando ANSYS. O software executa a análise de estresse. Através da análise, o mapa da nuvem de estresse e o deslocamento alteram o diagrama de nuvem da caixa quadrada do suporte da ferramenta inferior A montagem é obtida e a posição de concentração de tensão é exibida visualmente. Os resultados da análise mostram que o fator de segurança do design da caixa de caixa de ferramentas mais baixa é moderada e sua força e rigidez podem atender ao trabalho requisitos.