基于有限元的折弯机压力补偿技术研究

论文摘要

板料折弯机是一种完成板料弯曲成型的压力设备,采用较简单的通用模具,可把金属板料压制成一定的几何形状,配备相应的工艺设备,还可用作浅拉伸、冲槽、冲孔、压波纹等。它具有模具简单、通用性好、调整和更换方便的特点,通过调整滑块的压深距离能进行各种角度的折弯成形,折弯机是一种量大面广、适用于很多行业的板材加工设备。随着工业技术的飞速发展,板料折弯机在电器、电子、容器、金属结构、仪器仪表、日用五金、建筑材料等工业部门得到了广泛的应用。板料折弯机等压力机床的传统设计方法是根据材料力学或弹性力学理论,进行结构的应力或变形的计算。对于实际结构,由公式计算的结果往往误差较大,特别是高应力区域,难以精确计算,工程上只能采用经验设计,这样会导致结构的局部强度不足或整体安全裕度过高等不合理现象。随着计算机技术、计算力学理论特别是有限元方法的发展,利用现代设计方法对折弯机进行设计研究成为可能。本文以某型号100t折弯机为研究对象,对折弯机进行静态有限元分析,结合实验测试进行模型修正,以此为基础对结构进行优化。并基于弹性理论,对工作台的弹性变形进行分析,着重对工作台的压力补偿进行优化设计。论文主要研究内容如下:1.分析板料折弯机的结构及受力特点,采用应变点测法对其进行应力测试,获得折弯机各个部件的应力、位移分布;2.使用通用化有限元软件ANSYS作为分析工具,采用折弯机整体建模方法,并建立滑块与工作台的接触对模型模拟实际折弯过程,进行折弯机的线性静态分析,得出各个部件的刚度及其强度值。结合测试结果,对模型进行修正,为折弯机的结构优化提供基础;3.根据折弯机的结构薄弱环节以及工作特性,对各个部件进行结构优化,改进折弯机的结构,提高局部强度,减轻结构重量;4.依据弹性力学理论,将工作台简化为平面梁结构,分析工作台受均布载荷作用时的弹性变形,及等厚上下横梁对压接触面的应力情况,为挠度补偿提供理论依据;5.针对工作台的压力补偿效果进行分析,并以工作台压力均匀为目标函数,选取补偿缸的压力、水平位置及垂直位置进行优化,获得典型工况下最优补偿效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 板料折弯机发展现状与趋势
• 1.2.1 板料折弯机的发展现状
• 1.2.2 板料折弯机的发展趋势
• 1.3 课题的来源及意义
• 1.4 板料折弯机结构简介
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第二章 板料折弯机应力测试
• 2.1 应力测试概述
• 2.1.1 应力测试意义及方法
• 2.1.2 测试系统的基本要求
• 2.1.3 折弯机的应力测试
• 2.2 测试方案的拟定
• 2.2.1 测点位置的确定
• 2.2.2 测试方案的拟定
• 2.3 测试结果分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 板料折弯机静态分析
• 3.1 有限元简介
• 3.1.1 有限元方法概述
• 3.1.2 有限元分析的步骤
• 3.2 接触分析
• 3.2.1 接触问题概述
• 3.2.2 ANSYS 接触分析的实现
• 3.3 实体模型的建立
• 3.4 有限元模型的建立
• 3.4.1 模型的简化
• 3.4.2 单元的选取和划分
• 3.4.3 接触对的建立
• 3.4.4 边界约束及载荷的施加
• 3.4.5 材料特性定义
• 3.5 静态计算结果及分析
• 3.5.1 整机及侧板计算结果分析
• 3.5.2 滑块计算结果分析
• 3.5.3 工作台计算结果分析
• 3.6 分析与测试结果对比
• 3.7 本章小结
• 第四章 板料折弯机结构优化
• 4.1 结构优化概述
• 4.1.1 优化数学模型
• 4.1.2 优化设计方法
• 4.2 优化设计步骤
• 4.3 侧板结构优化
• 4.3.1 侧板厚度对折弯机性能的影响
• 4.3.2 喉口半径对折弯机性能的影响
• 4.3.3 侧板结构优化分析
• 4.4 滑块结构优化
• 4.5 工作台结构优化
• 4.6 本章小结
• 第五章 工作台压力补偿研究
• 5.1 工作台变形的弹性理论
• 5.1.1 弹性力学基本假定
• 5.1.2 平面应力基本理论
• 5.1.3 均布载荷作用工作台弹性变形
• 5.1.4 等厚上下横梁对压接触面应力研究
• 5.2 板料折弯机补偿技术的研究
• 5.2.1 国内外挠度补偿研究
• 5.2.2 弹性变形补偿方法
• 5.3 板料折弯机压力补偿优化
• 5.3.1 优化数学模型
• 5.3.2 补偿效果分析
• 5.3.3 补偿缸压力优化
• 5.3.4 补偿缸位置优化
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果