Design von Schwanenhals-Biegematrizen und Intensitätsanalyse

  Durch die breite Anwendung des Schwanenhals-Biegewerkzeugs auf dem Gebiet des Stanzens werden die Herstellungskosten der gebogenen Formteile stark reduziert. Zur gleichen Zeit tritt das Formschadenproblem auf, das während der Verwendung des Schwanenhalses auftrittBiegeform ist in der Produktionswerkstatt zu einem häufigen Trägheitsproblem geworden, und der Schaden wird durch unzureichende Formfestigkeit und unzureichende Formkonstruktionsstruktur verursacht.

  1. Prozessanalyse von Teilen

  Am Beispiel der Seitensäule eines Güterwaggons werden der Konstruktionsprozess und die Kraftanalyse der Schwanenhalsbiegeform ausführlich beschrieben. Abbildung 1 zeigt den Querschnitt der Seitensäule des Exportwaggons. DasDicke beträgt 12 mm. Das Material ist Q450NQR1. Der hochfeste und korrosionsbeständige Stahl für Eisenbahnwagen hat eine Länge von 2530 mm. Der Prozessablauf ist: Strahlen, Lackieren → Schneiden → Schneiden → Nivellieren → Biegen → Lagern.

  Wie in 2 gezeigt, ist der Biegevorgang in 4 Schritte unterteilt. Während des Biegevorgangs von Schritt 4 spielt der Schwanenhals-Biegemodus eine Rolle. Daher wird im Entwurfsprozess der Schwanenhals-Biegeform der Parameterentwurf derSchwanenhals-Biegeform wird hauptsächlich gemäß Schritt 4 ausgeführt.

  2. Berechnung der Biegekraft

  P - Gesamtbiegekraft, N

  B - Bogenbreite, mm

  - Materialstärke, mm

  b - Zugfestigkeit, MPa

  R - innerer Biegeradius, mm

Die für die Berechnung des Teils erforderliche Biegekraft beträgt 5930 kN, was bedeutet, dass die Biegematrize einem Druck von 5930 kN von der Biegemaschine standhalten muss.

Abbildung 1 —— Seitensäulenabschnitt

  3. Formgestaltungsprinzip

  Wie in dem Biegeschritt 4 in Fig. 2 gezeigt, stört das Werkstück den Biegemodus während des Biegevorgangs, wenn kein Schwanenhalsstrukturteil vorhanden ist, wodurch das Biegen beendet wird und das Werkstück nicht mehr sein kanngebildet. Das Konstruktionsprinzip der Schwanenhalsform besteht darin, den Schwanenhals-Teil der Form zu verwenden, um das Formgestaltungsverfahren zu vermeiden, bei dem das Werkstück während des Formvorgangs in die Form eingreift.

Abbildung 2 - Biegeschrittdiagramm der Seitensäule

  4. Bestimmung der Grundformparameter

  Wie in 3 gezeigt, ist ein schematisches Diagramm eines Schwanenhals-Biegewerkzeugs, bei dem die exzentrische Größe L des Schwanenhals und die Breitenabmessung t des Schwanenhals die Schlüsselparameter sind, die die Festigkeit des Werkzeugs beeinflussen. Um die zu treffenUm die Umformteile zu formen, beträgt die Anfangskonstruktion der Schwanenhalsbreite 50 mm, und die Exzentrizität L des Schwanenhalses sollte (t / 2 + 2,5) mm betragen, wobei t die Breitenabmessung des Formabschnitts ist, der am weitesten von der Mitte des Drucks entfernt ist, d t = 50 mm.

Abbildung 3 - Schematische Darstellung der Spannungszustandsanalyse des A-A-Abschnitts

  5. Intensitätsanalyse

  Die Festigkeitsanalyse des Schwanenhalsabschnitts der Form wird durchgeführt. Neben dem Druck von der Biegemaschine wird das Werkzeug dem Biegemoment ausgesetzt, das durch den Druck im Schwanenhalsbereich verursacht wird. Wähle ausAbschnitt A-A des Schwanenhalses für die Festigkeitsanalyse und führen Sie die Berechnung der Säulengleichung durch: Die Festigkeitsanalyse des Schwanenhals-Teils der Kokille wird zusätzlich zum Druck der Biegemaschine der Kokille unterworfenDruck im Schwanenhals. Das Biegemoment Wie in Fig. 4 gezeigt ist, zeigt die Analyse des A-A-Spannungszustands des gefährlichen Abschnittes des Schwanenhalses, dass die Querschnittsbreite t ist, der vertikale Abstand zwischen dem DruckmittelpunktBiegemaschine und der Schwerpunkt des A-A-Abschnitts ist L, und der von der Biegemaschine auf die Biegeform ausgeübte Druck ist F, Die Kraft F0 der Werkstückreaktion auf die Biegeform, das Biegemoment des Abschnitts ist M, undEs besteht die Möglichkeit eines Bruchs am B-Punkt des Abschnitts. Nach der Analyse wird ein vereinfachtes Diagramm des Kraftzustands des in Fig. 4A-A gezeigten Abschnitts gezeichnet.

Abbildung 4 - Belastungszustand des A-A-Abschnitts

  σ1 - Spannung, die durch äußere Kraft F0 erzeugt wird

  2 - die durch das Biegemoment erzeugte Spannung

  In Gleichung (5) ist W der Biegeabschnittskoeffizient. Da der Schnitt A-A ein Rechteck der Höhe t und der Länge h ist, gilt w = t2h / 6.

  Aus der Formel (2) gilt M = F0 × L und substituiert W und M in die Formel:

  t - die Dicke des A-Abschnitts, mm

  L - der vertikale Abstand zwischen dem Druckzentrum der Biegemaschine und dem Schwerpunkt des Abschnitts A, mm

h - die Länge der Biegeform, mm

  Einsetzen von σ1- und σ2-Werten in Gleichung (3) ergibt σ3 als:

  σ3 - die Summe des Biegemoments und der durch M erzeugten äußeren Kraft F0

  F1 —— Maximale Belastung, der der gefährliche Abschnitt A-A der Form standhalten kann

  δs - die Streckgrenze des Biegemodusmaterials

  Einsetzen des Ergebnisses σ3 der Formel (7) in die Formel (8), um F1 zu erhalten

  In Formel (9) ist α der Sicherheitsfaktor und nimmt üblicherweise den Wert von 1,1 bis 1,2 an. Bei dieser Berechnung wird α = 1,15 genommen, und α- und F1-Werte werden in Formel (9) eingesetzt:

  s = 450 MPa, h = 2530 mm, t = 50 mm, L = 27,5 mm, substituiert in Formel (10), der F2-Wert ist 1553 t, was bedeutet, dass der entworfene A-A-Abschnitt mit großer Biegekraft einer Belastung von 1553 t standhalten kann. Der Wert ist viel größer als die Biegekraftdes Umformens des Teils, das die Umformanforderungen des Teils erfüllen kann.

  6. Strukturoptimierung

  Gemäß den obigen Berechnungsergebnissen beträgt die Belastung des gefährlichen Abschnitts A-A 15530 kN, was viel größer ist als die Biegekraft des umformenden Werkstücks 5930 kN, die die Formgebungsanforderungen des Werkstücks erfüllen kann.

  Um jedoch die Arbeitsintensität des Bedieners weiter zu reduzieren und die Herstellungskosten der Form zu reduzieren, ist es notwendig, die Gestaltung der Form so zu optimieren, dass sie der Verwirklichung des Produkts genügen kann

  Arbeitsintensität des Bedieners und Verringerung der Herstellungskosten der Form.

  Gemäß der Formel (10) steht die Spannung, die der gefährliche Abschnitt A-A erfährt, mit der Streckgrenze σs des Formmaterials, der Dicke t des A-Abschnitts, der Länge h des Biegemodus und dem vertikalen Abstand L in Beziehungzwischen dem Druckzentrum der Biegemaschine und dem Schwerpunkt des A-Abschnitts. Da das Formmaterial normalerweise nicht verändert wird, ist σs ein fester Wert; Die Länge des Werkstücks beträgt 2530 mm, was ebenfalls ein fester Wert L = istt / 2 + 2,5; also ist die Variable in der Formel nur t und der Wert von t wird allmählich optimiert:

Berechnen Sie neu, indem Sie den Wert von t von 50 auf 30 ändern:

  Berechnen Sie den Wert von t von 30 auf 25 für die Neuberechnung:

  Berechnen Sie neu, indem Sie den Wert von t von 25 auf 20 ändern:

  Gemäß den obigen Berechnungsergebnissen ist zu sehen, dass F32 kleiner ist als die maximale Biegekraft des Formteils, und F12 und F22 sind größer als die maximale Biegekraft des Formteils, jedoch der FormDie Herstellungskosten sind niedrig, was für den Bediener günstig ist, um die Form zu installieren und zu demontieren, so dass schließlich festgestellt wurde, dass der gefährliche Abschnitt A-A der Form eine Breite von 25 mm hatte. Die Dicke des ArbeitsteilsDer restliche Teil der Form ist nach 25 mm ausgelegt. Die Krümmung des Schwanenhalses ist zu stark gekrümmt, um lokale Spannungskonzentrationen zu vermeiden. Die Schnittstellengröße der Form und der Ausrüstung kann entsprechend der Klemmung gestaltet werdenMechanismus der Ausrüstung.

  7. Überprüfung der Wirkung

  Die Praxis hat bewiesen, dass die Form den Beanspruchungszustand des gebogenen Teils aushalten kann und ihre Steifigkeit und Festigkeit den tatsächlichen Produktionsanforderungen entsprechen kann. Um sich an die Hauptmelodie von heute anzupassen, ist sie hocheffizient, kostengünstig und schnellwerkstatt für werkstattfertigung, formenbau als Quelle der kosteneinträge ist ein wichtiger bestandteil der kosten der teile. Die Formel und der Berechnungsprozess können im Entwurfsprozess der Schwanenhalsform gefördert und angewendet werden.

  8. Schlussfolgerung

  Der gefährliche Abschnitt der Schwanenhalsbiegeform ist am weitesten vom Druckmittelpunkt entfernt. Unter bestimmten Bedingungen des Formmaterials und der Formstruktur ist die Stärke des gefährlichen Abschnitts proportional zur DickeDimension des gefährlichen Abschnitts.