Analýza konečných prvků a vylepšení rámu ohýbačky

1. Předmluva

Rám je klíčovou součástí ohýbačka.Tuhost rámu přímo ovlivňuje bezpečnost a přesnost ohybu stroje.Jak vyvážit kvalitu a cenu bylo vždy směr návrhář.Ohýbačka řady A je model, který společnost představila a propagovala pokročilou technologii ze zahraničí na počátku 80. let.Řada ohýbacích strojů je jednoduchá, praktická a má nízkou poruchovost.Oni jsou uživatelé hluboce milují a vždy byly žhavými produkty společnosti.Vzhledem k tomu, že stroj byl navržen před osmdesátými léty, byl omezen na tehdejší konstrukční systém a úroveň počítačového softwaru a hardwaru.V té době design byl v podstatě založen na tradiční konvenční metodě materiálové mechaniky.Pro velkorozměrové svařované konstrukční díly rámu ohýbačky.Bod koncentrace napětí nelze přesně vypočítat a přibližný často se používá metoda hypotéz a výsledek výpočtu je velmi hrubý.Aby se pojistili, konstruktéři často přidávají umělé hodnoty zkušeností, což zvyšuje bezpečnostní faktor, což má za následek velmi těžkopádné zařízení, které spotřebovává materiály a zvyšuje obtížnost výroby.

2. Hlavní struktura a výzkumný objekt obráběcího stroje

2.1 Konstrukce stroje

Ohýbačka řady A je horní převodová konstrukce, jak je znázorněno na obrázku 1. Skládá se hlavně z následujících částí:

Obrázek 1——Sériový ohýbací stroj

Stojan: svařený tlustou ocelovou deskou, složenou hlavně z horního nosníku, levé a pravé boční desky a spodních nosníků, používané pro upevnění různých součástí, jako je olejový válec, vodicí lišta a spodní matrice.

Posuvník: Celková tlustá ocelová deska je spojena s olejovým válcem a vodicí lištou a spodní konec je upevněn s horní formou a pracovní válec pohání horní a spodní vratný pohyb, aby se dokončil ohýbání plechu.

Válec: Poskytuje ohýbací sílu potřebnou k ohýbání plechu a pohání posuvník při pohybu nahoru a dolů.

Lišta vyvážení: Ujistěte se, že jezdec běží synchronně doleva a doprava.

Posuvná lišta: upevněna na rámu pro omezení pohybu posuvné části.

2.2 Předmět výzkumu

Ohýbačky řady A v současnosti vyráběné společností mají různé specifikace.Tento článek vybírá nejprodávanější a reprezentativní ohýbačku A3,1m×1000kN pro výzkum a analýzu.Předmětem výzkumu je tělo rámu s nejvíce materiály.Obrázek 2 je trojrozměrné modelovací schéma rámu ohýbačky řady A. Obr.Je svařen tlustým ocelovým plechem a rozdělen na tři části: horní nosník, levou a pravou stranu desky a spodní nosník.Horní nosník je dvoudesková konstrukce pro montáž pohonu.Olejový válec;spodní nosník je celá tlustá ocelová desková konstrukce pro přijímání zatěžovací síly spodní formy;používá se boční deska pro spojení horního nosníku a spodního nosníku a boční deska je opatřena hrdlem ve tvaru C pro účely podávání.

Obrázek 2—— 3D model stojanu

3. Zavedení modelu konečných prvků

Rám ohýbačky je svařovaný.Pokud se při modelování používá svařovací struktura, je třeba vzít v úvahu faktory, jako je typ svaru mezi ocelovými deskami, což značně zvýší složitost výpočtu proces.Pro usnadnění generování a řízení sítě je model zaručen.Geometrie a mechanické vlastnosti jsou podobné skutečné situaci a jsou provedena následující zjednodušení:

(1) Generování vzoru jednoho dílu pro model stojanu;

(2) Pro přiblížení se skutečné situaci svařování jsou všechny svary zkoseny;

(3) Odstraňte jemné struktury, jako jsou technologické otvory, závitové otvory a žebra, které mají menší vliv na pevnost a tuhost.

3.1 Mechanické vlastnosti materiálů

Všechny stojany jsou svařeny ocelovým plechem Q235.Mechanické parametry ocelového plechu Q235 jsou následující:

modul pružnosti E=210GPa;

Poissonův poměr μ = 0,28;

Hustota ρ = 7,8 × kg / m3;

Mez kluzu σs = 235MPa;

Dovolené napětí [σ] = 160 MPa.

3.2 Popis zatížení a omezení stojanu

Mění se zatížení ohýbačky při vlastní práci.Tlak ve válci se postupně zvyšuje od nulové hodnoty a tlak se po špičce ohýbá a poté se odlehčuje.Protože se provádí statická lineární analýza, zatížení je považováno za statické zatížení.Maximální ohybová síla horního nosníku rámu při působení 3 válců je 1000 kN, z toho 400 kN je přiděleno levému a pravému válci, 200 kN je přiděleno prostřednímu válci, a směr je svislý nahoru;spodní nosník je vystaven přenosu jezdce a spodní matrice.Všechny ohybové síly dolů, směr je svislý dolů.

Rám je připevněn k zemi.Přestože je rám upevněn kotevními šrouby, kotevní šrouby pouze omezují směr posunu spodní plochy a nemají velký vliv na přesnost statické analýzy.Spodní strana nohy omezuje její plné omezení, jak je znázorněno na obrázku 3.

Obrázek 3——Zatížení stojanu a omezení

3.3 Rozdělení mřížky

Síťování je velmi důležitým krokem v analýze konečných prvků.Kvalita sítě přímo souvisí s přesností výsledků výpočtu metodou konečných prvků a dokonce i výsledek je neplatný.Funkce konečných prvků K rozdělení sítě a modelu se používá software SolidWords.Model konečných prvků rozdělený na 30 170 jednotek je znázorněn na obrázku 4.

Obrázek 4——Zapojení stojanu

4. Analýza výsledků výpočtů

Prostřednictvím výpočtu a analýzy softwaru SolidWords se získá diagram posunutí a mračna napětí rámu ve směru Y, jak je znázorněno na obrázku 5 a obrázku 6. Výsledky ukazují, že maximální deformace v Y směr při plném zatížení rámu je 2,43 mm v horní části horního nosníku.Při skutečné práci je posun horního nosníku v rozsahu elastické deformace materiálu, což má malý vliv na přesnost stroje, takže hodnotě výtlaku není věnována velká pozornost.

Obrázek 5—— Mapa oblačnosti ve směru Y

Obrázek 6——Mrak namáhání stojanu

Maximální namáhání rámu je 169 MPa v zaobleném rohu hrdla bočnice ve tvaru C, což překračuje dovolené namáhání materiálu rámu ocelového plechu Q235 o 160 MPa.Ve skutečné práci je poškozená část spravedlivá zde, brzy viditelné.Chybí design.

5. Vylepšený design

V reakci na nedostatky původního návrhu byl původní návrh vylepšen.

Podle diagramu namáhání rámu na obr. 6 se maximální napětí rámu objevuje ve spodním rohu hrdla bočního plechu ve tvaru C.Jak je patrné z charakteristiky původního návrhu (obr. 7), je Hrdlo boční desky rámu ve tvaru C.Spodní poloměr zaoblení je R120 a horní zaoblení je R200.Podle skutečných zkušeností nemá změna filetování na vrchní filet vliv na běžné používání lisu brzda.Po vylepšení je maximální namáhání rámu pomocí softwarové analýzy 149 MPa a efekt je zřejmý.Je vidět, že při mírné optimalizaci maximální namáhání rámu okamžitě klesne na vnitřní hranici přípustný rozsah napětí materiálu.

Obrázek 7——Prvek původního návrhu

Chcete-li sledovat nedokonalosti, pokračujte v hloubkovém výzkumu původního designu.Původní konstruktér také uvažoval, že hrdlo bočního panelu ve tvaru písmene C je nejslabší částí rámu.V zájmu Kvůli bezpečnosti přidal konstruktér výztuhu do hrdla bočního panelu, aby do jisté míry zmenšil hrdlo ve tvaru C.Riziko prasknutí v ústech.Z hlediska mechaniky materiálu se však zvyšuje výztužná žebra nedává maximální užitnou hodnotu materiálu.Zkuste eliminovat výztužná žebra na základě optimalizace zaoblených rohů a následně vypočítejte a analyzujte a maximální namáhání rámu je 155 MPa. Stále ve spodním rohu hrdla ve tvaru C je maximální posunutí ve směru Y 2,54 mm.I když je maximální napětí po vyztužení žebra odstraněno, je stále v povoleném rozsahu napětí materiál.Je vidět, že původní provedení žeber sice určitý efekt má, ale efekt není patrný, ale vyplýtvá se spousta surovin a hodin montážní a svářečské práce, lze uvažovat o zrušení. Avšak vzhledem k tomu, že tato řada modelů se vyrábí již více než 30 let, objem prodeje je téměř 10 000 kusů a existuje mnoho uživatelů.Pokud jsou žebra nyní zrušena, uživatelé budou mít podezření na řezání rohů.Na tento konec, další optimalizace, na základě neměnící se hmotnosti stroje je materiál původního žebra 'transplantován' na bočnici, je odstraněno výztužné žebro a šířka bočnice je patřičně rozšířena.Tímto způsobem je plně využita maximální užitná hodnota materiálu a výrazně zvýšena pevnost a tuhost stroje za předpokladu konstantní hmotnosti stroje a zvýšení pevnosti a tuhosti znamená zlepšení celkového výkonu stroje.

6. Závěr

Podle optimalizovaných konstrukčních dat byla provedena zkouška prototypu.Bylo prokázáno, že optimalizovaný ohýbací stroj dosáhl dobrých výsledků.Beze změny hmotnosti stroje je tuhost stroje zvýšené o 20 %, což může ušetřit spoustu času na montáž a svařování a má dobrou ekonomickou hodnotu.Je vidět, že tradiční výpočetní design nebo zkušenost je obtížné splnit požadavky na optimalizaci.Konečný Element software lze použít ke snadné optimalizaci návrhu a výrobě produktů nejvyšší kvality s co nejmenším množstvím materiálů.