XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

С быстрым развитием современного машиностроения спрос на стальные трубы растет, и трубы из нержавеющей стали находят широкое применение. Тонкостенная труба из нержавеющей стали обладает характеристиками тонкой стенки, низкой жесткости и склонна к деформации при зажиме. Методы резки тонкостенных стальных труб в Китае - это в основном резка проволоки, резка шлифовальным кругом и т.д. Традиционные методы механической обработки приведут к деформации обработки, что снизит внешнее качество и точность размеров. Кроме того, эффективность резки ниже, а погрешность больше.

Ввиду недостатков существующего процесса резки был представлен метод планетарной резки[2-4]. Планетарный станок для резки принял двойную симметричную компоновку, с фиксированной трубой и двумя вращающимися режущими инструментами одновременно, то есть основное движение и движение подачи выполнялись режущим инструментом, что называлось операцией планетарной резки.Это устройство использует систему управления ПЛК с высокой степенью автоматизации и может эффективно повысить эффективность резки, что было экономически целесообразно. В этой статье был проведен модельный анализ напряжений в опорной колодке и стальной трубе в процессе резки с помощью программного обеспечения ANSYS finite element и 3D software PRO-E.Было замечено, что деформация находится в пределах допустимой погрешности по диаграмме смещения напряжений и деформаций.

1 Конечно-элементный анализ опорной колодки.

Как показано, двигатель передавал активную мощность на полый вал через зубчатую пару, кроме того, передавал ее на режущую головку., которая завершала движение резания.Подшипниковая колодка является основным подшипниковым компонентом трубореза, поддерживающим полый вал и режущую головку, выдерживающим положительное давление режущего инструмента и передающим различные технологические нагрузки. Таким образом, качество его выполнения напрямую повлияет на качество надреза стальной трубы. Опорная шайба является основным важным компонентом, гарантирующим нормальную работу фрезы и предотвращающим ее повреждение. Поэтому очень важно провести конечно-элементный анализ основной опорной колодки.

Как показано на рис. 1, это вид конструкции и базовый размер опорной колодки. Трехмерная модель основного подшипника была создана в соответствии с двухмерным чертежом, на котором была выполнена подготовительная работа для моделирования ANSYS.Опорная колодка была закреплена на монтажном основании шестью резьбовыми отверстиями с жестким ограничением.Видно, что на основании были небольшие скругления, которые просто повлияли на локальное напряжение, не влияя на общие изменения напряжения

согласно теореме Сен-Венана. Следовательно, они могут быть упрощены до прямых углов, чтобы упростить трехмерную модель, что способствовало анализу методом конечных элементов. Удаленная помощь с поддержкой дополненной реальности

1 – рис. Вид конструкции опорной колодки

В качестве материала опорной подушки использовалась сталь 45 со свойствами материала модуля упругости EX = 210 ГПа, коэффициента Пуассона PRXY = 0,3 и плотностью 7,85 × 103 кг/м3. Выбор типа элемента имел большое значение для конечно-элементного анализа, который определял дополнительную степень свободы.Основной подшипник в основном подвергался воздействию усилия подачи и положительного давления, передаваемого в процессе резки, поэтому следует тщательно проанализировать напряжение и деформацию.Таким образом, была выбрана форма элемента высшего порядка Solid95 unit с 20 узлами, которая может быть использована для неправильной формы, не снижающей точности и с хорошей совместимостью. Этот агрегат обладает способностью к пластичности, большой деформации и растяжению. Каждый узел имеет три степени свободы: направление X, Y, Z. И были предоставлены различные выходные данные.

Радиальное усилие опорной колодки по расчетам составляет 6123N, которое направлено вертикально вверх.Давление правой опорной колодки составляет 3272N, что прямо вниз. Радиус подушечки подшипника составляет r = 155 мм. Давление левой стороны составляет P1 = 967,74 МПа, правой стороны - P2 = 517,14 МПа по формуле давления.

Нагрузка под давлением была приложена к подушке подшипника на основе характеристик подшипника с соответствующим формированием сетки. А затем нажмите на кнопку "Выполнить". Соответствующие результаты появятся после автоматической операции. Деформация смещения показана на рисунке 2.

2 – рис. (a) Деформация смещения оси X (b) Деформация смещения оси Y

2 Анализ результатов моделирования

Красная часть рис. 2 - это область деформации. Основываясь на анализе рисунка, максимальная деформация в направлениях X, Y и Z составляет 2,316 мкм, 27,525 мкм и 8,744 мкм соответственно, а общая деформация составляет 28,784 мкм.Это можно получить из четырех рисунков выше: ось Y (слева направо направление) имеет максимальную деформацию, ось X и Z (переднее/заднее и верхнее нижнее направление) имеет минимальную деформацию. В процессе резки усилие на обоих концах опорной колодки несбалансировано, усилие вблизи боковой части режущего инструмента будет больше. Таким образом, деформация в направлении Y будет больше.

Объектом исследования данной работы является ферритовая нержавеющая сталь 409 с толщиной стенки 1,0 - 1,5 (мм) и диаметром 75-135 (мм), из которых допустимая погрешность составляет 0 ~ 0,3 мм. Максимальная величина деформации на рисунке деформации находится в допустимом диапазоне, таким образом, допустимая погрешность резки удовлетворяется.

Заключение

Конечно-элементная модель подшипниковой опоры и стальной трубы была создана с помощью программного обеспечения ANSYS путем анализа методом конечных элементов. Были получены соответствующие показатели деформации смещения.И на основе этих данных был проведен контрастный анализ.

Максимальная деформация подушечки подшипника составляет 27,525 мкм в горизонтальном направлении, а максимальная деформация синтеза составляет 28,784 мкм. Результат моделирования находится в допустимом диапазоне, который равен 0 ~ 0.3mm.So опорная колодка может соответствовать этим требованиям.

Зона контакта между инструментом и стальной трубой является зоной концентрации напряжений с наибольшим изменением напряжения. Максимальная деформация в направлении X, а именно в направлении подачи, составляет 0,027 мкм. Результат моделирования находится в допустимом диапазоне скоростей подачи 0 - 0,3 мм.Таким образом, он может соответствовать требованиям.

Теоретическая основа для проектирования и обеспечения надежности станка для резки труб была обеспечена методом конечных элементов подшипниковой опоры и трубы станка из нержавеющей стали, что способствовало производству и обработке.

Список литературы и источника

1. Б.Л. Сюй, Дж.X. Ли, Подгонка и механическая обработка тонкостенных труб из нержавеющей стали, ЖУРНАЛ ПИВНОЙ НАУКИ и ТЕХНИКИ, 01 (2007) 39-41.2.

2. Х.П. Ан, Л. Ли, Л. Ван, Исследование по разработке проекта системы передачи о машине для резки металлической канюли, Угля Технология, 12 (2009) 17-19.

3. Y.P. Qian, Y.Z. Ou, J.H. Wang, Автоматическое устройство для симметричной планетарной резки тонкостенных труб из нержавеющей стали, (2014) CN203621602U[P].

4. Ю.П. Цянь,X. Хуан, Х.З. Чжоу, Разработка труборезной головки для тонкостенной нержавеющей стали, Станкостроение и гидравлика,16(2014)18-19.

5. Звонарева, О.М., Самойлова Т.А. Использование возможностей интерактивной доски в процессе преподавания истории. // Образовательный форум. 02.2009.

Код для цитирования: Скопировать