Гильотинные ножницы: Анализ и оптимизация механических характеристик

Гильотинные ножницы: Анализ и оптимизация механических характеристик

1. Введение

Гильотинные ножницы обеспечивают более высокую эффективность, точность и надежность по сравнению с ножницами с поворотной балкой, поскольку исключают зазоры в конструкции и позволяют регулировать угол среза.

Однако при резке широких, тяжелых листов или высокопрочных тонких листов гильотинные ножницы могут столкнуться с такими проблемами, как деформация станка, влияющая на точность резки.

Большинство исследований в этой области посвящено влиянию параметров ножниц на точность, проектированию и автоматизации системы управления или моделированию процесса стрижки с использованием дискретных точек.

Однако исследования по анализу механических свойств и оптимизации структуры ограничены. гильотинные ножницы.

Данная статья направлена на устранение этого пробела путем анализа статических и динамических характеристик станка и моделирования процесса срезания пластин. Благодаря этому анализу получены данные о непрерывном срезе и предложена схема оптимизации.

2. Статический анализ

Структурная модель 6 x 3200 NC гильотинные ножницы показана на рисунке 1. Во время работы устройство упора, приводимое в движение роликовым винтом, регулирует длину резки. Затем прижимной цилиндр сжимается срезающей пластиной.

После установки параметров резки, таких как зазор между лезвиями и угол среза, гидравлические цилиндры на обоих концах приводят верхние и нижние лезвия в движение и завершают работу. резка пластин процесс.

При имитационном анализе переходная галтель и резьбовое отверстие не учитываются, а упрощенная трехмерная модель импортируется в программу конечно-элементного анализа. Две стороны верхней опоры инструмента фиксируются с помощью ограничений, и для моделирования сварки и фиксации резьбы деталей верхней опоры инструмента устанавливается связующий контакт.

Структурная модель гильотинных ножниц 6 × 3200 NC

Рис. 1 Структурная модель 6 × 3200 NC гильотинные ножницы

Согласно формуле Норсали:

f1

В формуле:

  • σb - предел прочности разрезаемой пластины;
  • δs - пластичность разрезаемого листа;
  • h - толщина разрезаемого листа;
  • α - угол сдвига;
  • x、y、z - The изгибающее усилие коэффициент, относительное значение бокового зазора режущей кромки и коэффициент прижима.

Вертикальная сдвигающая сила (P1) рассчитывается как 212,8 кН по формуле (1), а горизонтальная сдвигающая сила (P2) оценивается как 30% от вертикальной сдвигающей силы, или 63,8 кН. Вертикальная и горизонтальная сдвигающие силы прикладываются к верхней башне и решаются с помощью ANSYS Workbench.

Сравниваются и анализируются деформации в каждом направлении в начале, середине и конце процесса сдвига. Как видно из таблицы 1, деформация верхней каретки в направлении Y является наибольшей, а деформацию в направлениях X и Z можно считать незначительной.

Начальное и конечное положения деформации в направлении Y примерно равны и значительно меньше среднего положения. В процессе стрижки деформация верхнего держателя инструмента имеет вогнутую тенденцию.

Таблица 1 Максимальное эквивалентное напряжение и максимальная деформация в направлениях X, Y и Z верхнего держателя инструмента

Положение сдвигаМаксимальное эквивалентное напряжение
/МПа
Максимальная деформация в направлении X
/мм
Максимальная деформация в направлении Y
/мм
Максимальная деформация в направлении Z
/мм
Начало137.70.0200.1410.074
Средняя135.30.0900.1830.650
Конец137.20.0130.1510.085

На рисунках 2 и 3 показаны максимальное эквивалентное напряжение в середине и максимальная деформация в направлении Y, соответственно.

Рис. 2 Максимальное эквивалентное напряжение верхнего держателя инструмента

Рис. 2 Максимальное эквивалентное напряжение верхнего держателя инструмента

Рис. 3 Максимальная деформация верхнего держателя инструмента в направлении Y

Рис. 3 Максимальная деформация верхнего держателя инструмента в направлении Y

Анализируя таблицу 1 и рисунки 2 и 3, можно определить, что эквивалентное напряжение верхнего держателя инструмента наиболее велико в начале процесса стрижки. Это напряжение находится в месте расположения гидроцилиндра и имеет значение 137,7 МПа, что ниже, чем предел текучести 235 МПа для верхней опоры инструмента.

В середине процесса стрижки максимальная деформация верхнего держателя инструмента в направлении Y наблюдается у задней опорной пластины B, ее размер составляет 1,183 мм. Между тем, деформация лезвия в направлении Y составляет 0,346 мм, что меньше 1 мм и соответствует необходимым требованиям.

3. Динамический анализ переходных процессов

При динамическом моделировании ползун устанавливается в исходное положение верхнего ножа и постоянно подвергается воздействию сдвигающей силы с заданной скоростью. Движение ползуна используется для моделирования процесса срезания пластины.

Поскольку ползун передает только усилие сдвига, он был настроен на отсутствие трения при контакте с верхним лезвием. Во время резки листовой металлКонтакт между верхним ножом и разрезаемым листом металла показан на рисунке 4. Длина контакта (s) составляет 8:1.

f2

Рис. 4 Схема резки

Рис. 4 Схема резки

Для упрощения расчетов предполагается, что сдвигающая сила равномерно распределена по прямоугольной области длиной (s) и шириной (t) лопасти. В результате ползун моделируется как кубоид с такой же длиной (s) и шириной (t), как показано на рисунке 5.

Рис. 5 Принципиальная схема моделирования слайдера

Рис. 5 Принципиальная схема моделирования слайдера

Решив задачу о максимальном эквивалентном напряжении и максимальной деформации в направлениях Y и Z в каждой позиции, результаты представлены в таблице 2. Тенденция изменения деформации и напряжения верхнего держателя инструмента в процессе стрижки показана на рис. 6.

Таблица 2 Максимальное эквивалентное напряжение и максимальная деформация в направлениях Y и Z верхнего держателя инструмента при каждой ступени нагрузки

Шаг нагрузкиМаксимальное эквивалентное напряжение
/МПа
Максимальная деформация в направлении Y
/мм
Максимальная деформация в направлении Z
/мм
1138.10.2650.181
2153.20.3800.330
3158.40.4030.386
4159.20.4690.426
5157.50.5920.463
6153.80.5710.454
7148.10.5800.461
8150.30.6350.478
9153.70.5430.458
10154.90.4770.446
11153.20.4820.425
12141.80.3580.336
13136.40.2500.175

Как видно из таблицы 2 и рисунка 6, деформация верхнего держателя инструмента изменяется с изменением положения среза. Деформация значительна в середине и относительно мала и симметрична с обеих сторон, что согласуется с результатами статического моделирования.

Максимальная деформация верхнего держателя инструмента в направлениях Y и Z происходит на этапе нагружения 8 со значениями 0,635 мм и 0,478 мм, соответственно, что меньше 1 мм.

Максимальное эквивалентное напряжение обнаружено на этапе нагружения 4 и имеет значение 159,2 МПа, что ниже предела текучести 235 МПа для верхнего держателя инструмента.

Рис. 6 Деформация и максимальное эквивалентное напряжение верхнего держателя инструмента в направлениях Y и Z

Рис. 6 Деформация и максимальное эквивалентное напряжение верхнего держателя инструмента в направлениях Y и Z

На рисунках 7, 8 и 9 показаны максимальная деформация и максимальное эквивалентное напряжение в направлениях Y и Z, соответственно.

Рис. 7 Максимальная деформация верхнего держателя инструмента в направлении Y

Рис. 7 Максимальная деформация верхнего держателя инструмента в направлении Y

Рис. 8 Максимальная деформация верхнего держателя инструмента в направлении Z

Рис. 8 Максимальная деформация верхнего держателя инструмента в направлении Z

Рис. 9 Максимальное эквивалентное напряжение верхнего держателя инструмента

Рис. 9 Максимальное эквивалентное напряжение верхнего держателя инструмента

Из рисунков 7, 8 и 9 видно, что максимальная деформация верхней каретки в направлении Y происходит на лопасти C, а максимальная деформация в направлении Z - на лопасти D. Обе деформации составляют менее 1 мм, что соответствует проектным требованиям.

Максимальное эквивалентное напряжение возникает в положении E верхнего держателя инструмента под действием гидроцилиндра. Нагрузка на лезвие минимальна и демонстрирует хорошую жесткость.

4. Модальный анализ рамы

В модальном анализе четыре основания рамы закреплены и удерживаются на месте с помощью ограничений. В качестве метода выделения мод выбран метод Блока Ланцоша, а число расширенных мод установлено на 4 для решения первых четырех собственных частот рамной конструкции.

Четыре моды колебаний показаны на рисунке 10, а в таблице 3 приведены собственные частоты, амплитуды и формы мод четырех структурных мод колебаний.

Рис. 10 Четыре моды вибрации

Рис. 10 Четыре моды вибрации

Таблица 3 Таблица данных модального анализа пластинчатых ножниц

ЗаказатьЧастота
/Гц
Амплитуды
/мм
Режим вибрации
119.021.77Передняя панель отгибается вперед в направлении X
224.980.81Верхняя часть рамы сгибается и поворачивается в направлении Z
328.966.09Нижняя опорная балка наклоняется вперед в направлении X
442.661.53Передняя панель изгибается вперед-назад в направлении X

На основании рисунка 10 и таблицы 3 видно, что вибрационная деформация рамы в первую очередь воздействует на переднюю панель и нижнюю опорную балку, вызывая значительную вибрацию и шум. При частоте 19,02 Гц амплитуда колебаний передней панели выше, что может негативно повлиять на процесс стрижки и снизить его точность.

Однако частота сдвига NC гильотинные ножницы составляет 9 раз в минуту, что значительно ниже собственной частоты первого порядка и соответствует требованиям для нормальной работы.

Важно минимизировать влияние внешних источников вибрации в процессе работы, чтобы предотвратить чрезмерную вибрационную деформацию.

5. Оптимизация дизайна

Анализ статических и динамических характеристик процесса стрижки показывает, что деформация верхней турели имеет вогнутую форму во время стрижки, что может повлиять на заусенцы и точность размеров заготовок и снизить общее качество стрижки.

Для улучшения качества резки зазор между лезвиями в параметры резки можно регулировать для увеличения жесткости позиционирования верхнего держателя инструмента. В данной статье было разработано устройство динамической регулировки зазора лезвия по типу конической направляющей, как показано на рис. 11.

Рис. 11 Структурная схема гильотинных ножниц с наклонной направляющей

Рис. 11 Структурная схема наклонной направляющей шины гильотинные ножницы

Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Шейн
Автор

Шейн

Основатель MachineMFG

Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.

Далее

Освоение CAD/CAM: Основные технологии с пояснениями

Основные концепции автоматизированного проектирования и автоматизированного производства Автоматизированное проектирование и автоматизированное производство (CAD/CAM) - это комплексная и технически сложная дисциплина системного инжиниринга, которая включает в себя такие различные области, как компьютерная [...]...

Виртуальное производство: Концепции и принципы

Концепция виртуального производства Виртуальное производство (ВП) - это фундаментальная реализация реального производственного процесса на компьютере. В нем используются технологии компьютерного моделирования и виртуальной реальности, поддерживаемые высокопроизводительными [...]...

Понимание гибких производственных систем: Руководство

Гибкая производственная система (FMS) обычно использует принципы системной инженерии и групповой технологии. Она объединяет станки с числовым программным управлением (ЧПУ) (обрабатывающие центры), координатно-измерительные машины, системы транспортировки материалов, [...]...

Изучение 4 передовых методов нанофабрикации

Подобно тому, как производственные технологии играют важнейшую роль в различных областях, технология нанофабрикации занимает ключевое место в сфере нанотехнологий. Технология нанофабрикации включает в себя множество методов, в том числе механические [...].

Сверхточная обработка: Виды и технологии

Сверхточная обработка относится к прецизионным производственным процессам, в которых достигаются чрезвычайно высокие уровни точности и качества поверхности. Ее определение относительно и меняется по мере развития технологий. В настоящее время эта технология позволяет достичь [...].

Выбор правильного приспособления для ЧПУ: Типы и советы

В настоящее время механическую обработку можно разделить на две группы в зависимости от серийности производства: Среди этих двух категорий, первая составляет около 70-80% от общей стоимости продукции механической обработки [...]...

Топ-4 метода специальной обработки в современном машиностроении

В этой статье в основном представлены несколько зрелых методов специальной обработки. I. Обработка электрическим разрядом (EDM) EDM - это метод обработки токопроводящих материалов, использующий явление электрической коррозии во время [...]...

Что такое обработка с ЧПУ? Виды, преимущества, недостатки и этапы обработки

Что такое обработка с ЧПУ? Числовое программное управление (ЧПУ) - это метод управления движением и операциями обработки на станках с помощью оцифрованной информации. Станки с числовым программным управлением, часто сокращенно называемые [...]...

Изучение высокоскоростной резки: Обзор технологий и применение

Обработка резанием остается наиболее распространенным методом механической обработки, играющим важную роль в механическом производстве. С развитием производственных технологий технология обработки резанием претерпела значительный прогресс в [...].

Топ-7 новых инженерных материалов: Что нужно знать

Под передовыми материалами понимаются недавно исследованные или находящиеся в стадии разработки материалы, обладающие исключительными характеристиками и особыми функциональными свойствами. Эти материалы имеют огромное значение для развития науки и техники, [...]...

Методы расширения металла: Исчерпывающее руководство

Формирование выпуклости подходит для различных типов заготовок, таких как чашки глубокой вытяжки, разрезанные трубы и прокатные конические сварные изделия. Классификация по средствам формования выпуклости Методы формования выпуклости можно разделить [...].
MachineMFG
Поднимите свой бизнес на новый уровень
Подпишитесь на нашу рассылку
Последние новости, статьи и ресурсы, еженедельно отправляемые в ваш почтовый ящик.

Свяжитесь с нами

Вы получите наш ответ в течение 24 часов.