Prefácio
A aplicação da tecnologia de máquinas-ferramenta CNC em diversos setores produtivos da sociedade tem atraído grande atenção de pesquisadores da área industrial. No entanto, embora a escala e a velocidade da indústria de fabricação de máquinas-ferramenta CNC continuem a se desenvolver, também têm surgido diversos problemas relacionados à baixa eficiência mecânica e ao desempenho reduzido. Máquina de dobra hidráulica CNC É uma das máquinas-ferramenta CNC mais utilizadas.
Este artigo apresenta brevemente o conceito e a função da máquina de dobra hidráulica CNC, descreve sua estrutura e, em seguida, realiza um estudo aprofundado sobre o método de projeto de otimização dessa máquina.
O que é uma máquina de dobra hidráulica CNC?
A dobradeira hidráulica CNC é, na verdade, uma dobradeira hidráulica CNC de duplo cilindro com movimento ascendente. Ela aciona o retorno e a extensão dos cilindros esquerdo e direito por meio das ações emitidas por cada válvula disposta na válvula servo-proporcional, e aciona o movimento de elevação do cursor.
Para a sincronização do cursor, a principal aplicação é a tecnologia de controle servo-hidráulico de circuito fechado completo. As réguas de medição em ambos os lados enviam o sinal de posição do próprio cursor para o sistema CNC. Em seguida, o sistema CNC controla de forma síncrona a abertura da válvula de sincronização e controla o cilindro. Finalmente, o ajuste pode ser feito automaticamente, garantindo a operação síncrona do eixo do cursor, que permanece sempre paralelo à mesa de trabalho.
Análise estrutural de uma máquina de dobra hidráulica CNC
Análise estática da estrutura da fuselagem
Utilizando o método de análise de elementos finitos ANSYS para simular e analisar a distribuição geral de deslocamento do corpo da prensa dobradeira hidráulica CNC, a distribuição de deslocamento nas direções X, Y e Z, e a distribuição de deslocamento da garganta do corpo, calculando assim a quantidade de distribuição de deslocamento na direção de 5 dobradeiras.
Através da análise, constatou-se que a deformação da própria dobradeira durante o processo de trabalho atende, em princípio, aos requisitos de precisão CNC. No entanto, na região da garganta, devido à elevada tensão na parte inferior, que pode atingir um máximo de 169 MPa, essa tensão excede o limite admissível de uma dobradeira convencional (160 MPa). Durante o processo de trabalho real, a região da garganta da dobradeira é justamente a mais suscetível à fadiga e à fratura. Portanto, essa área da garganta deve ser otimizada, e o valor da tensão deve ser reduzido adequadamente para garantir a resistência da estrutura.
Análise estática da estrutura do controle deslizante
O método de análise de elementos finitos ANSYS é utilizado para simular e analisar a distribuição de deslocamento do cursor da dobradeira hidráulica CNC sob três condições de carga diferentes. As três condições são: comprimento total do cursor carregado, carga no meio e carga excêntrica.
Os resultados da pesquisa mostram que, quando o bloco deslizante está sob carga total, a variável de tipo que ocorre é a menor; quando está sob carga intermediária, a variável de tipo que ocorre é a maior.
Portanto, no processo de aplicação real, a carga no meio do cursor da dobradeira deve ser evitada ao máximo, priorizando-se a condição de carga excêntrica. Para prensas dobradeiras hidráulicas CNC em geral, a condição de carga na restrição do cursor pode ser compreendida por meio da análise de rigidez. No entanto, a precisão de trabalho do cursor da prensa dobradeira, quando produzido com rigidez normal, atinge apenas o nível B, o que não é satisfatório. Para a produção enxuta de produtos, é necessário otimizar a estrutura dessa parte do cursor para melhorar o nível de enxutez do produto.
Análise estática da bancada de trabalho
Utilizando o software de análise de elementos finitos ANSYS, realize a análise de forças no campo de deformação da mesa de uma dobradeira hidráulica CNC sob carga total, carga intermediária e carga excêntrica. Quando a carga total é aplicada, a variável de desempenho gerada pela mesa é a menor; quando a carga intermediária é aplicada, a variável de tipo é a maior.
No entanto, de acordo com os resultados da análise do software ANSYS, a deformação da mesa de trabalho é maior do que a do cursor sob as mesmas condições de operação. A razão para esse fenômeno é a presença de três pequenos orifícios retangulares no centro da mesa de trabalho, utilizados principalmente para compensar a instalação do cilindro hidráulico, visando compensar a deformação do cursor.
Projeto otimizado de máquina de dobra hidráulica CNC
Design ideal de forma e tamanho
O princípio de otimização da fuselagem da máquina de curvatura hidráulica é o seguinte: sob a condição de alteração da estrutura da fuselagem, utiliza-se o software de separação por elementos finitos ANSYS para calcular a deformação vertical máxima da fuselagem e a pressão máxima na garganta, garantindo que a estrutura original e a faixa geral de deformação e tensão admissível sejam respeitadas. O principal objetivo é reduzir o peso da fuselagem.
Portanto, no projeto da máquina de curvatura, o raio de concordância da garganta deve ser aumentado o máximo possível quando a profundidade da garganta atender aos padrões relevantes, a fim de reduzir a tensão máxima na garganta.
Otimização da força local
Quando a dobradeira hidráulica CNC está em funcionamento, a garganta se rompe com facilidade. Portanto, para garantir a precisão da dobra e prolongar a vida útil da dobradeira hidráulica, devemos otimizar e aprimorar essa área. Adicionando nervuras de reforço em forma de C nas laterais interna e externa da garganta da chapa, reduzimos a deformação da estrutura da dobradeira e a tensão suportada pela garganta.
Após a conclusão do trabalho de reforço localizado, calculamos a deformação da fuselagem e a pressão na garganta duas vezes e, em seguida, variamos a deformação máxima da fuselagem na máquina de curvatura e a pressão máxima na garganta em função da largura da placa lateral da máquina. Após a otimização, constatou-se que, embora a deformação máxima e a pressão máxima na fuselagem e na garganta tenham aumentado ligeiramente com o aumento da largura da placa lateral, a deformação geral da fuselagem e a pressão geral na garganta foram significativamente reduzidas, comprovando assim a viabilidade do método de otimização.
Otimização da posição do cilindro de compensação da mesa de trabalho
Defina a distância H entre o cilindro de compensação central da máquina de dobrar e a superfície da mesa de trabalho (unidade: mm, o mesmo abaixo), a distância entre os três cilindros de compensação é D, o deslocamento dos cilindros de compensação em ambos os lados em relação ao cilindro de compensação central na direção vertical da mesa de trabalho é H1.
Ao otimizar:
- Primeiro, mantenha H inalterado, altere os valores de D e H1, analise a deformação geral da bancada e determine os valores de H, D e H1 nos quais a curva de deformação da bancada e do cursor se ajustam bem.
- Em segundo lugar, após essa otimização, determina-se a quantidade máxima de compensação da posição do cilindro da mesa de trabalho, de forma a reduzir a deformação da mesa e melhorar a segurança e a eficiência operacional da dobradeira hidráulica CNC.
Conclusão
Este artigo apresenta brevemente o conceito e a aplicação da dobradeira hidráulica CNC. Com base na análise da estrutura geral da fuselagem da dobradeira hidráulica CNC, da estrutura do deslizador e do desempenho da mesa de trabalho, otimizamos a estrutura da dobradeira hidráulica CNC considerando a forma e o tamanho da fuselagem, a resistência local e a posição do cilindro de compensação da mesa de trabalho.
Os resultados da pesquisa mostram que o método de otimização da estrutura da dobradeira mencionado neste artigo pode reduzir efetivamente a deformação do corpo da dobradeira e a pressão suportada pela garganta, além de reduzir a deformação da mesa, melhorando assim a eficiência de trabalho da dobradeira hidráulica CNC em geral.
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