Análise de elementos finitos e melhoria da estrutura da máquina de dobra

1. Prefácio

O quadro é o componente chave do máquina de dobra.A rigidez da estrutura afeta diretamente o desempenho de segurança e a precisão de dobra da máquina.Como equilibrar a qualidade e custo sempre foi a direção do designer.A dobradeira da série A é um modelo que a empresa introduziu e promoveu tecnologia avançada do exterior no início dos anos 80.A série de dobradeiras é simples, prática e com baixo índice de falhas.Eles são profundamente amado pelos usuários e sempre foram os produtos quentes da empresa.Como a máquina foi projetada antes da década de 1980, ela estava limitada ao sistema de design e ao nível de software e hardware do computador na época.Naquela época, o desenho baseou-se basicamente no método convencional tradicional da mecânica dos materiais.Para as peças estruturais soldadas em grande escala da estrutura da máquina de dobra.O ponto de concentração de tensão não pode ser calculado com precisão e o valor aproximado método de hipótese é freqüentemente usado, e o resultado do cálculo é muito aproximado.Para garantir, os projetistas geralmente adicionam valores de experiência artificiais, o que aumenta o fator de segurança, resultando em equipamentos muito pesados, que consome materiais e aumenta a dificuldade de produção.

2. A Estrutura Principal e Objeto de Pesquisa da Máquina-Ferramenta

2.1 Estrutura da máquina

A dobradeira da série A é a estrutura de transmissão superior, conforme mostrado na Figura 1. Composta principalmente pelas seguintes partes:

Figura 1——Uma máquina de dobra em série

Cremalheira: soldada por chapa de aço espessa, composta principalmente por viga superior, placas laterais esquerda e direita e vigas inferiores, utilizadas para fixação de vários componentes, como cilindro de óleo, trilho guia e matriz inferior.

Slider: A estrutura geral da chapa de aço espessa é conectada ao cilindro de óleo e ao trilho guia, e a extremidade inferior é fixada com o molde superior, e o cilindro de trabalho aciona o movimento alternativo superior e inferior para concluir a dobragem da chapa.

Cilindro: Fornece a força de dobra necessária para dobrar a chapa e aciona o controle deslizante para mover para cima e para baixo.

Barra de equilíbrio: certifique-se de que o controle deslizante funcione sincronizadamente para a esquerda e para a direita.

Slideway: fixado no quadro para limitar o movimento do slider.

2.2 Objeto de pesquisa

As dobradeiras da série A atualmente produzidas pela empresa possuem diversas especificações.Este documento seleciona a máquina de dobra A3.1m × 1000kN mais vendida e representativa para pesquisa e análise.O objeto de pesquisa é o corpo do quadro com a maioria dos materiais.A Figura 2 é um diagrama de modelagem tridimensional da estrutura da máquina de dobra da série A.É soldado por chapa de aço espessa e dividido em três partes: a viga superior, a lateral esquerda e a direita placas e a viga inferior.A viga superior é uma estrutura de placa dupla para montagem do inversor.O cilindro de óleo;a viga inferior é toda uma estrutura de chapa de aço grossa para receber a força de carga do molde inferior;a placa lateral é usada para conectar a viga superior e a viga inferior, e a placa lateral é fornecida com uma garganta em forma de C para fins de alimentação.

Figura 2——Modelo 3D de rack

3. Estabelecimento do Modelo de Elementos Finitos

A estrutura da dobradeira é soldada.Caso a estrutura soldada seja utilizada durante a modelagem, fatores como o tipo de solda entre as chapas de aço devem ser considerados, o que aumentará muito a complexidade do cálculo processo.Para facilitar a geração e controle da rede, o modelo é garantido.A geometria e as propriedades mecânicas são semelhantes à situação real, sendo feitas as seguintes simplificações:

(1) Geração de padrão de uma única peça para o modelo de rack;

(2) Para se aproximar da situação real de soldagem, todas as soldas são chanfradas;

(3) Elimine estruturas finas como furos de processo, furos roscados e nervuras que têm menos influência na resistência e rigidez.

3.1 Propriedades mecânicas dos materiais

Os racks são todos soldados por chapa de aço Q235.Os parâmetros mecânicos da chapa de aço Q235 são os seguintes:

Módulo elástico E=210GPa;

Razão de Poisson μ = 0,28;

Densidade ρ = 7,8 × kg / m3;

Resistência ao escoamento σs = 235MPa;

Tensão admissível [σ] = 160 MPa.

3.2 Carga do rack e descrição da restrição

A carga da dobradeira no trabalho real é alterada.A pressão do cilindro é aumentada gradualmente a partir do valor zero, e a pressão é dobrada após o pico e depois descarregada.Uma vez que a análise linear estática é realizada, o carga é tratada como uma carga estática.A força máxima de flexão da viga superior da estrutura quando submetida a 3 cilindros é de 1000 kN, dos quais 400kN são alocados para os cilindros esquerdo e direito, 200kN são alocados para o cilindro do meio, e a direção é vertical para cima;a viga inferior está sujeita à transmissão do cursor e da matriz inferior.Todas as forças de flexão para baixo, a direção é vertical para baixo.

A estrutura é fixada ao solo.Embora a estrutura seja fixada por chumbadores, os chumbadores apenas limitam a direção da translação da superfície inferior e não têm grande influência na precisão da análise estrutural.A parte de baixo do pé limita sua restrição total, conforme mostrado na Figura 3.

Figura 3——Carga e restrições do rack

3.3 Divisão da grade

A geração da malha é uma etapa muito importante na análise de elementos finitos.A qualidade da malha está diretamente relacionada à precisão dos resultados do cálculo de elementos finitos e até mesmo o resultado é inválido.A função de elementos finitos do O software SolidWords é usado para dividir a malha e o modelo.Dividido em 30170 unidades, o modelo de elementos finitos do pórtico é mostrado na Figura 4.

Figura 4——Malha do rack

4. Análise dos Resultados dos Cálculos

Através do cálculo e análise do software SolidWords, obtém-se o deslocamento na direção Y e o diagrama de nuvem de tensões do pórtico, conforme mostrado na Figura 5 e na Figura 6. Os resultados mostram que a deformação máxima no Y direção com carga total da estrutura é de 2,43 mm no topo da viga superior.No trabalho real, o deslocamento da viga superior está dentro da faixa de deformação elástica do material, o que tem pouco efeito na precisão da máquina, portanto, o valor do deslocamento não recebe muita atenção.

Figura 5—— Mapa de nuvens de deslocamento na direção Y

Figura 6—— Nuvem de estresse do rack

A tensão máxima da estrutura é de 169 MPa no canto arredondado da garganta em forma de C da placa lateral, que excede a tensão permitida da placa de aço Q235 do material da estrutura em 160 MPa.No trabalho real, a parte danificada é apenas aqui, visível cedo.Há uma falta de projeto.

5. Design Aprimorado

Em resposta às deficiências do projeto original, o projeto original foi melhorado.

De acordo com o diagrama de nuvem de tensão da estrutura da Fig. 6, a tensão máxima da estrutura aparece no canto inferior da garganta em forma de C da placa lateral.Como pode ser visto pelas características do projeto original (Fig. 7), o Garganta em forma de C da placa lateral do quadro.O raio do fillet inferior é R120, e o fillet superior é R200.De acordo com a experiência real, alterar a mudança do filete para o filete superior não afeta o uso normal da prensa freio.Após a melhoria, a tensão máxima do quadro é de 149 MPa por meio de análise de software, e o efeito é óbvio.Pode-se observar que, com uma leve otimização, a tensão máxima do quadro cai imediatamente para dentro a faixa de tensão admissível do material.

Figura 7——Recurso de design original

Para buscar imperfeições, continue a conduzir uma pesquisa aprofundada sobre o design original.O designer original também considerou que a garganta em forma de C do painel lateral do rack é a parte mais fraca do quadro.pelo bem de segurança, o designer adicionou um reforço à garganta do painel lateral para reduzir a garganta em forma de C até certo ponto.O risco de rachaduras na boca.No entanto, do ponto de vista da mecânica dos materiais, aumentar a as nervuras de reforço não fornecem o valor máximo de uso do material.Tente eliminar as nervuras de reforço com base na otimização dos cantos arredondados e depois calcule e analise, e a tensão máxima do quadro é de 155 MPa. Ainda no canto inferior da garganta em forma de C, o deslocamento máximo na direção Y é de 2,54 mm.Embora a tensão máxima após a remoção da armadura da nervura, ela ainda esteja dentro da faixa de tensão admissível da nervura material.Pode-se ver que, embora o design original das nervuras tenha um certo efeito, mas o efeito não é óbvio, mas muitas matérias-primas e horas de trabalho de montagem e soldagem são desperdiçadas, pode-se considerar o cancelamento. No entanto, considerando que esta série de modelos é produzida há mais de 30 anos, o volume de vendas é de quase 10.000 unidades e há muitos usuários.Se as costelas forem canceladas agora, os usuários suspeitarão de atalhos.Para para isso, otimizando ainda mais, com base em não alterar o peso da máquina, o material da nervura original é 'transplantado' para a placa lateral, a nervura de reforço é removida e a largura da placa lateral é adequadamente ampliado.Desta forma, o valor máximo de uso do material é totalmente utilizado, e a resistência e rigidez da máquina são significativamente aumentadas sob a condição de que o peso da máquina seja constante e o o aumento da resistência e rigidez significa que o desempenho geral da máquina é melhorado.

6. Conclusão

De acordo com os dados do projeto otimizado, o teste do protótipo foi realizado.Foi provado que a máquina de dobra otimizada alcançou bons resultados.Sem alterar o peso da máquina, a rigidez da máquina é aumentou em 20%, o que pode economizar muito tempo de montagem e soldagem e tem bom valor econômico.Pode-se ver que o design de computação tradicional ou a experiência é difícil de atender aos requisitos de otimização.o finito O software element pode ser usado para otimizar facilmente o projeto e produzir produtos da melhor qualidade com a menor quantidade de materiais.