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液壓聯(lián)合沖剪機(jī)是集沖孔、剪切于一體的多功能專用機(jī)床。其沖孔功能在一定程度上能取代壓力機(jī)，剪切功能則可完全取代鋸床、切割機(jī)床，能實(shí)現(xiàn)各種型鋼的快速剪切。機(jī)床床身由工作架、工作臺(tái)和底座組成。工作架由前焊接板1、隔板2和后焊接板3通過隔板周邊焊接而成，是機(jī)床重要的承載部件，其焊縫坡口角度為45°，坡口深度為5mm。隔板周邊外沿距前后焊接板外沿10mm。工作架、底座、底座連接板也均為相互焊接而成，從而構(gòu)成一個(gè)整體即床身。該聯(lián)合沖剪機(jī)床的現(xiàn)場(chǎng)使用情況表明，沖孔時(shí)床身強(qiáng)度不足，需要進(jìn)行有限元分析模擬，工作架虎口開口度超過規(guī)定設(shè)計(jì)值(要求工作架虎口開口度不大于2mm)，這不僅直接影響到了整機(jī)的壽命，而且對(duì)加工精度有重大影響。
該機(jī)床床身大部分連接為焊接結(jié)構(gòu)。本文不考慮整個(gè)機(jī)床的各個(gè)焊接部位焊后殘余應(yīng)力的影響，對(duì)計(jì)算結(jié)果有較大影響的只是沖孔工作區(qū)的前后焊接板和中間隔板的焊接以及工作架和底座側(cè)支撐板的焊接。如果將焊縫模型單獨(dú)建立，將使求解繁多，另外，如果將底座側(cè)支撐板和工作架的焊接用粘接方式模擬將產(chǎn)生小的線段，也會(huì)造成分網(wǎng)困難。作者將中間隔板實(shí)體模型的每個(gè)側(cè)面沿周邊分割出了一個(gè)寬5mm的矩形焊縫面，用來模擬焊接面，這樣中間隔板的一個(gè)側(cè)面就被分成了三個(gè)面，底座側(cè)支撐板與工作架的焊接也類似處理。其余焊接處均采用粘結(jié)操作，以便提高精度。對(duì)于不在焊縫面上的結(jié)點(diǎn)，計(jì)算采用的有限元理論結(jié)構(gòu)分析靜力控制方程，整個(gè)床身實(shí)體模型采用有限元分析軟件ANSYS的APDL語言建立，以便于模型的修改。建模采用自底向上和自頂向下兩種思路相結(jié)合的方法進(jìn)行，并且在建模過程中充分利用了布爾操作的功能。模型已經(jīng)去掉了不重要的螺紋孔、倒角等。工作架底部有一高80mm、寬1360mm的凹陷。
為了計(jì)算開口度，在虎口的上部和下部與工作臺(tái)底面接觸的面上，分別作了兩條計(jì)算輔助線，液壓缸的中心位置，距懸臂端面 120mm，分網(wǎng)時(shí)將此線打斷成一定節(jié)點(diǎn)數(shù)，求解結(jié)束后首先分別提取上下兩條線上的節(jié)點(diǎn)Y向位移，然后將上、下線節(jié)點(diǎn)的Y向位移值分取平均值相減即得到虎口開口度(坐標(biāo)系的方向和位置見圖)。由于整個(gè)床身實(shí)體模型較復(fù)雜，求解規(guī)模大，采用四面體元而不應(yīng)采用退化的四面體單元(20節(jié)點(diǎn)的95號(hào)單元，就可以退化為10節(jié)點(diǎn)的92號(hào)單元) 可以大大提高求解速度。所以，作者選用92號(hào)單元，單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有三個(gè)位移自由度。分網(wǎng)過程中用了網(wǎng)格尺寸控制命令控制了全局和局部網(wǎng)格的密度，懸臂和轉(zhuǎn)角處，網(wǎng)格劃分較密。劃分網(wǎng)格后整個(gè)模型的單元數(shù)為55911，節(jié)點(diǎn)數(shù)為108173。機(jī)床的材料均是普通A3鋼板，彈性模量為2.1xe5MPa，泊松比為0.28，許用應(yīng)力為209MPa。機(jī)座兩支撐板底面的結(jié)點(diǎn)自由度全部約束;考慮機(jī)床本身的重力，在模型上施加了一個(gè)加速度，在虎口上下四個(gè)面上施加了表面載荷。由于沖孔時(shí)速度很慢，所以為靜力分析。由于模型單元較多，為了提高計(jì)算速度，選用了PCG求解器和節(jié)省內(nèi)存的方法，PCG法比波前法計(jì)算速度要快10倍以上。
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