
折彎機的工作原理是基于滑塊的上下往復(fù)運動,通過模具對板材進行彎曲和成行加工。折彎機在現(xiàn)實中使用廣泛,并且具有良好的通用性、操作簡單及模具更換更加方便等優(yōu)點。近年來,隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展,折彎機已實現(xiàn)了數(shù)控化控制,在機械操作、效率、加工精度等方面,均有了質(zhì)的飛躍。但折彎機也存在著一些缺點,如部分結(jié)構(gòu)不合理,導(dǎo)致加工精度較差、成本較高等。本文通過參數(shù)化建模方法,對折彎機各部件進行受力分析,并進行優(yōu)化設(shè)計,使折彎機的性價比達到最優(yōu)。
1 參數(shù)化建模方法
參數(shù)化建模法是基于有限元模型的建設(shè),并在原有拓撲關(guān)系不變的前提下,依托分析、修改參數(shù),以達到約束、負荷大小及不同尺寸的多種設(shè)計。這樣一來不僅可以有效地減少分析成本和提高分析效率,而且依托模型可以對分析進行優(yōu)化,達到設(shè)計優(yōu)化的效果。
本文以500KN數(shù)控折彎機為對象,進行參數(shù)化模型的優(yōu)化設(shè)計研究。通過靜態(tài)分析及優(yōu)化設(shè)計,實現(xiàn)降低重量、提高使用效率的目標(biāo)。如下表1所示,是500KN數(shù)控折彎機的主要參數(shù)。
2 參數(shù)化建模分析
2.1 參數(shù)化建模
在參數(shù)化模型的建立中,主要針對有限元模型的建立,以對墻板、工作臺、滑塊進行簡化。在建模的過程中,為節(jié)約成本,可以建立1/2實體模型,并使用APDL語言。同時,針對折彎整體結(jié)構(gòu)的綜合考慮,以SOLID92為單位,并通過自動網(wǎng)格,實現(xiàn)參數(shù)化模型構(gòu)建。
在數(shù)控折彎機的結(jié)構(gòu)分析中,多半針對折彎機的機身、工作臺及滑塊等內(nèi)容,進行計算分析。本文的參數(shù)化有限元模型構(gòu)建,是以單元(TARGE170、CONTA174)建立工作臺與滑塊間的“面-面”接觸(如圖(1))。并在此基礎(chǔ)上,進行相關(guān)的靜態(tài)計算及分析工作。
2.2 模型建立的邊界條件
對地腳進行全約束:通過對支架上的板與螺栓相連接,實現(xiàn)對滑塊前后及左右進行平動制約。這樣一來,通過對滑塊與工作臺的接觸,實現(xiàn)其垂直方向的自由度約束。同時,油缸活塞與滑塊的中心需要處于同一平面,且在活塞桿的伸縮運動下,實現(xiàn)對滑塊上下運動的帶動,這樣可以對滑塊表面施加均勻的負載。
2.3 模型參數(shù)化分析結(jié)果
如圖(2)所示,分別是整體應(yīng)力、位移、喉口應(yīng)力的靜態(tài)分析結(jié)果。從中可以知道,在側(cè)板與油缸下部的連接處,其應(yīng)力最大,在實際工作中,折彎機在該部位容易出現(xiàn)撕裂破壞;而在喉口下部其應(yīng)力也較大,極易因疲勞而發(fā)生斷裂。所以,對于折彎該兩個部位,需要采取相關(guān)的措施,確保使用中其強度符合設(shè)計需求。所以,在對折彎機優(yōu)化設(shè)計時,需要對這兩處的強度進行加強,通常采用在墻板喉口部位焊加強筋的方法。
3 優(yōu)化設(shè)計及結(jié)果
隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,有限元優(yōu)化設(shè)計已滲透到各個領(lǐng)域,特別是數(shù)控機床設(shè)計方面,有限元優(yōu)化設(shè)計是推動機械設(shè)計自動化進程的重要因素。在對不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中,構(gòu)建模型的三要素是:約束條件、設(shè)計變量、目標(biāo)函數(shù)。
本文通過靜態(tài)分析可以知道,折彎機除了下喉口、側(cè)板與油缸連接下部的應(yīng)力較大外,其余部位的應(yīng)力均較小,存在較大的優(yōu)化設(shè)計空間。在模型建立時,選取側(cè)板厚度、喉口半徑和側(cè)板寬度;并對相關(guān)連接處的應(yīng)力進行限制,并以此作為折彎機優(yōu)化設(shè)計的約束條件;最后,在優(yōu)化設(shè)計下,取定折彎機的最輕重量,并選擇目標(biāo)函數(shù)。
在實際生產(chǎn)過程中,通過有限元優(yōu)化設(shè)計,折彎機產(chǎn)品已經(jīng)達到結(jié)構(gòu)合理、受力變形較小,且機床重量大大減輕的目標(biāo)。
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