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反旋转弯曲疲劳断料机构的虚拟设计

李亦敏  
【摘要】:下料质量的好坏直接影响到后续工序的质量及效率。随着加工工业的发展,对于不同的材料、批量和精度等要求,已经出现了多种下料方法。传统下料方法往往存在效率低,耗能大,断面质量差等缺点,而超声波法、电化学法,电子束法等现代断料方法对于一般下料要求来说成本较高。反旋转弯曲疲劳断料机可以有效的解决以上问题。 本文以裂纹技术理论和金属疲劳断裂机理为核心,采用理论推导结合案例分析的方法,研究棒料在反旋转弯曲状态下疲劳寿命的问题,完成了该机床主要运动机构的设计和虚拟装配,并对其进行了动态仿真和有限元分析。 本文以提高断裂效率和质量为目标,从研究棒料疲劳寿命入手,采用虚拟设计方法建立了机构的装配模型。具体完成了以下工作:首先,根据传统弯曲疲劳下料方式存在裂纹闭合现象影响下料效率的问题,从提高应力比这个角度对机构加载方式进行改进,并建立了新加载方式下疲劳寿命估算的数学模型。其次,针对反旋转弯曲模式下棒料不转的特点,设计了斜块压杆机构,解决了施加预荷力的液压装置不能随主轴转动的问题,使电机,液压缸等动力元件可以相对机架保持静止;考虑到摩擦扭矩对断面平整度的不利影响,设计了一种可靠传递加载力的自定心夹具,减少了棒料与夹具间的摩擦扭矩;使用扩程机构配合配重块平衡了在各个工况下的不平衡质量。再次,选用ADAMS作为仿真分析软件,对反旋转弯曲疲劳断料机构三维模型进行优化直至满足设计要求。最后使用有限元分析软件ABAQUS对主轴进行了静力分析和模态分析验证了主轴刚度并为转速的选择提供了技术参数。 本文通过对金属疲劳断裂机理以及反旋转弯曲疲劳下料机构的研究,丰富了裂纹技术理论的应用,同时也为反旋转弯曲疲劳下料机床的研发和应用提供了理论支持。


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