Analiza metodą elementów skończonych i doskonalenie ramy maszyny do gięcia

1. Przedmowa

Rama jest kluczowym elementem Giętarka.Sztywność ramy bezpośrednio wpływa na bezpieczeństwo i dokładność gięcia maszyny.Jak zrównoważyć jakość i koszty zawsze było kierunkiem projektant.Giętarka serii A to model, który firma wprowadziła i wypromowała zaawansowaną technologię z zagranicy na początku lat 80-tych.Seria giętarek jest prosta, praktyczna i ma niską awaryjność.Oni są głęboko kochane przez użytkowników i zawsze były gorącymi produktami firmy.Ponieważ maszyna została zaprojektowana przed latami 80. XX wieku, ograniczała się do ówczesnego poziomu systemu projektowania i oprogramowania komputerowego oraz sprzętu.W tamtych czasach projekt opierała się zasadniczo na tradycyjnej, konwencjonalnej metodzie mechaniki materiałów.Do wielkogabarytowych spawanych elementów konstrukcyjnych ramy giętarki.Punkt koncentracji naprężeń nie może być dokładnie obliczony, a przybliżony Metoda hipotezy jest często stosowana, a wynik obliczeń jest bardzo przybliżony.Aby się ubezpieczyć, projektanci często dodają sztuczne wartości doświadczenia, co zwiększa współczynnik bezpieczeństwa, w wyniku czego sprzęt jest bardzo nieporęczny, co zużywa materiały i zwiększa trudność produkcji.

2. Główna budowa i przedmiot badań obrabiarki

2.1 Budowa maszyny

Giętarka serii A to górna konstrukcja transmisyjna, jak pokazano na rysunku 1. Składa się głównie z następujących części:

Rysunek 1 —— Giętarka szeregowa

Stojak: spawany grubą blachą stalową, składający się głównie z belki górnej, lewej i prawej płyty bocznej oraz belek dolnych, służący do mocowania różnych elementów, takich jak cylinder olejowy, szyna prowadząca i dolna matryca.

Suwak: ogólna gruba stalowa konstrukcja jest połączona z cylindrem olejowym i szyną prowadzącą, a dolny koniec jest przymocowany do górnej formy, a cylinder roboczy napędza górny i dolny ruch posuwisto-zwrotny, aby zakończyć zginanie blachy.

Cylinder: Zapewnia siłę zginającą wymaganą do zgięcia arkusza i napędza suwak do poruszania się w górę iw dół.

Pasek równowagi: Upewnij się, że suwak porusza się synchronicznie w lewo iw prawo.

Prowadnica: zamocowana na ramie w celu ograniczenia ruchu slidera.

2.2 Obiekt badań

Seria A giętarek produkowanych obecnie przez firmę ma różne specyfikacje.W tym artykule wybrano najlepiej sprzedającą się i reprezentatywną giętarkę A3.1m×1000kN do badań i analiz.Obiektem badań jest korpus ramy z największą ilością materiałów.Rysunek 2 to trójwymiarowy schemat modelowania ramy giętarki serii A.Jest spawany grubą blachą stalową i podzielony na trzy części: belkę górną, lewą i prawą stronę płyty i belka dolna.Belka górna to konstrukcja dwupłytowa służąca do mocowania napędu.Cylinder olejowy;dolna belka to cała gruba stalowa konstrukcja płytowa do przyjmowania siły obciążenia dolnej formy;płyta boczna jest używana do łączenia belki górnej z belką dolną, a płyta boczna jest wyposażona w gardziel w kształcie litery C w celu podawania.

Rysunek 2——Rack 3D model

3. Ustanowienie modelu elementów skończonych

Rama giętarki jest spawana.Jeśli podczas modelowania wykorzystywana jest konstrukcja spawana, należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak rodzaj spoiny między blachami stalowymi, co znacznie zwiększy złożoność obliczeń proces.Aby ułatwić generowanie i kontrolę sieci, model jest gwarantowany.Geometria i właściwości mechaniczne są zbliżone do rzeczywistej sytuacji, a dokonano następujących uproszczeń:

(1) Generowanie wzoru pojedynczej części dla modelu stojaka;

(2) Aby zbliżyć się do rzeczywistej sytuacji spawania, wszystkie spoiny są fazowane;

(3) Wyeliminuj drobne struktury, takie jak otwory procesowe, otwory gwintowane i żebra, które mają mniejszy wpływ na wytrzymałość i sztywność.

3.1 Właściwości mechaniczne materiałów

Regały są spawane blachą stalową Q235.Parametry mechaniczne blachy stalowej Q235 są następujące:

Moduł sprężystości E=210 GPa;

Współczynnik Poissona μ = 0,28;

Gęstość ρ = 7,8 × kg / m3;

Granica plastyczności σs = 235 MPa;

Naprężenie dopuszczalne [σ] = 160 MPa.

3.2 Obciążenie regału i opis ograniczeń

Zmienia się obciążenie giętarki w rzeczywistej pracy.Ciśnienie w cylindrze jest stopniowo zwiększane od wartości zerowej, a ciśnienie jest wyginane po szczycie, a następnie rozładowywane.Ponieważ wykonywana jest statyczna analiza liniowa, obciążenie jest traktowane jako obciążenie statyczne.Maksymalna siła zginająca belki górnej ramy poddanej działaniu 3 cylindrów wynosi 1000 kN, z czego 400 kN przypada na lewy i prawy cylinder, 200 kN na środkowy cylinder, a kierunek jest pionowy w górę;dolna belka poddawana jest przenoszeniu suwaka i dolnej matrycy.Wszystkie siły zginające w dół, kierunek jest pionowy w dół.

Rama jest przymocowana do podłoża.Chociaż rama jest mocowana za pomocą śrub kotwiących, śruby kotwiące ograniczają jedynie kierunek translacji powierzchni dna i nie mają większego wpływu na dokładność analizy statyczno-wytrzymałościowej.Spód stopy ogranicza jej pełne ograniczenie, jak pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3 —— Obciążenie szafy i ograniczenia

3.3 Podział siatki

Tworzenie siatki jest bardzo ważnym krokiem w analizie metodą elementów skończonych.Jakość siatki jest bezpośrednio związana z dokładnością wyników obliczeń elementów skończonych, a nawet wynik jest nieważny.Funkcja elementu skończonego Oprogramowanie SolidWords służy do podziału siatki i modelu.Podzielony na 30170 jednostek ramowy model elementów skończonych pokazano na rysunku 4.

Rysunek 4 —— Zazębianie stojaka

4. Analiza wyników obliczeń

Dzięki obliczeniom i analizie oprogramowania SolidWords uzyskuje się przemieszczenie w kierunku Y i wykres chmury naprężeń ramy, jak pokazano na rysunkach 5 i 6. Wyniki pokazują, że maksymalne odkształcenie w osi Y kierunek przy pełnym obciążeniu ramy wynosi 2,43 mm w górnej części górnej belki.W rzeczywistej pracy przemieszczenie belki górnej mieści się w zakresie odkształceń sprężystych materiału, co ma niewielki wpływ na dokładność pracy maszyny, więc na wartość przemieszczenia nie zwraca się większej uwagi.

Rysunek 5 —— Mapa chmur przesunięcia w kierunku Y

Rysunek 6 —— Chmura naprężeń szafy

Maksymalne naprężenie ramy wynosi 169 MPa w zaokrąglonym narożniku gardzieli płyty bocznej w kształcie litery C, co przekracza dopuszczalne naprężenie ramy z blachy stalowej Q235 o 160 MPa.W rzeczywistej pracy uszkodzona część jest po prostu tutaj, widoczne wcześnie.Brakuje dizajnu.

5. Ulepszony projekt

W odpowiedzi na braki pierwotnego projektu, oryginalny projekt został ulepszony.

Zgodnie z wykresem chmury naprężeń ramy z ryc. 6, maksymalne naprężenie ramy pojawia się w dolnym rogu gardzieli płyty bocznej w kształcie litery C.Jak widać z charakterystyki pierwotnego projektu (ryc. 7), Gardziel w kształcie litery C bocznej płyty ramy.Dolny promień zaokrąglenia to R120, a górny to R200.Zgodnie z aktualnym doświadczeniem, zmiana zmiany zaokrąglenia na górne zaokrąglenie nie wpływa na normalne użytkowanie prasy hamulec.Po ulepszeniu maksymalne naprężenie ramy wynosi 149 MPa dzięki analizie oprogramowania, a efekt jest oczywisty.Widać, że przy niewielkiej optymalizacji maksymalne naprężenie ramy natychmiast spada do wewnątrz dopuszczalny zakres naprężeń materiału.

Rysunek 7——Oryginalna cecha konstrukcyjna

Aby ścigać niedoskonałości, kontynuuj dogłębne badania oryginalnego projektu.Oryginalny projektant uznał również, że gardziel w kształcie litery C panelu bocznego stojaka jest najsłabszą częścią ramy.dla dobra bezpieczeństwa, projektant dodał usztywnienie do gardzieli panelu bocznego, aby do pewnego stopnia zmniejszyć gardziel w kształcie litery C.Ryzyko pęknięcia w ustach.Jednak z punktu widzenia mechaniki materiałów zwiększenie żebra wzmacniające nie dają maksymalnej wartości użytkowej materiału.Spróbuj wyeliminować żebra wzmacniające na podstawie optymalizacji zaokrąglonych rogów, a następnie oblicz i przeanalizuj, a maksymalne naprężenie ramy wynosi 155 MPa. Jeszcze w dolnym rogu gardzieli w kształcie litery C maksymalne przemieszczenie w kierunku Y wynosi 2,54 mm.Mimo usunięcia maksymalnego naprężenia po wzmocnieniu żebra, nadal mieści się ono w dopuszczalnym zakresie naprężeń materiał.Widać, że chociaż oryginalny projekt żeber ma pewien efekt, ale efekt nie jest oczywisty, ale marnuje się wiele surowców i roboczogodzin montażowych i spawalniczych, można to uznać za anulowanie. Jednak biorąc pod uwagę, że ta seria modeli jest produkowana od ponad 30 lat, wielkość sprzedaży to blisko 10 000 sztuk, a użytkowników jest wielu.Jeśli żebra zostaną teraz anulowane, użytkownicy będą podejrzliwi co do pójścia na łatwiznę.Do w tym celu dalsza optymalizacja, polegająca na niezmienianiu masy maszyny, materiał oryginalnego żebra jest „przeszczepiany” na płytę boczną, żebro wzmacniające jest usuwane, a szerokość płyty bocznej jest odpowiednio poszerzony.W ten sposób maksymalne wykorzystanie wartości użytkowej materiału jest w pełni wykorzystane, a wytrzymałość i sztywność maszyny znacznie wzrasta, pod warunkiem, że masa maszyny jest stała, a wzrost wytrzymałości i sztywności oznacza poprawę ogólnej wydajności maszyny.

6. Wniosek

Zgodnie ze zoptymalizowanymi danymi projektowymi przeprowadzono test prototypu.Udowodniono, że zoptymalizowana giętarka osiągnęła dobre wyniki.Bez zmiany ciężaru maszyny sztywność maszyny jest wzrosła o 20%, co może zaoszczędzić dużo czasu montażu i spawania oraz ma dobrą wartość ekonomiczną.Można zauważyć, że tradycyjny projekt komputerowy lub doświadczenie jest trudne do spełnienia wymagań optymalizacji.skończony oprogramowania element można łatwo zoptymalizować projekt i wyprodukować produkty najwyższej jakości przy jak najmniejszej ilości materiałów.