江苏金方圆数控机床有限公司225127
摘要：折弯机在现代工业机械零部件加工中有着非常广泛的运用，本文对基于有限元技术的折弯机滑块进行了分析，创建了模型，然后提出了一些改进建议，希望能够给同行业工作人员提供一些参考和借鉴。
关键词：有限元技术；折弯机滑块分析；改进措施
近些年，随着我国经济的快速增长，工业生产进入了前所未有的发展时期，在这种情况下，折弯机作为一种重要的零部件加工设备，在很多领域都得到了非常广泛的运用。然而传统的折弯机在设计方面还存在着较多的不足，这不但对折弯机的运行产生影响，同时也在一定程度上限制了零部件加工质量的提升，因此怎样进一步对折弯机进行优化设计，是人们非常关心的一个问题。
1国内外折弯机发展现状
众所周知，工业化水平是评价现代国家综合国力的重要衡量标准，所以，工业加工技术的发展非常迅猛。在这种形势下，国内锻压技术越来越趋向于CNC、DNC和柔性自动化。随着锻压技术的发展已经能够满足单件小批量生产，只要用户需要，就可以生产多功能的各种数控锻压机械及附属装置。CNC在国内外相当普遍，如我国的江苏金方圆数控机床有限公司，在近些年的产品中有很大一部分都装有CNC。该公司的PR系列折弯机数控系统采用的是荷兰DELEMDA66T。该公司另一种新式的折弯机具有伺服控制，折弯过程中效率精度更加出色，重复精度可高达0.Olmm。多轴控制所具有的多性能使折弯机实现有效控制，悬浮结构和液压模具夹紧装置实现模具自动快速换模，并装有板料的测厚装置，用以检查折弯板的厚度变化是否在折弯机的允许范围之内。
2创建分析模型
2.1模型建立
数控液压折弯机主要由下面几个部分构成：床身、滑块、挠度补偿、换模装置、后挡料装置、安全防护、液压系统以及电气系统等。折弯机在运行时，两侧油缸对滑块产生向下的折弯力，滑块经由球面块与油缸活塞杆球铰连接。在滑块的背面，有一个导轨板对滑块的上下运动提供平面约束。滑块下部通过快速换模装置连接折弯模具的上模。下模工作台中部安装有数组不同斜度的楔块和电动推杆组成的维拉补偿装置用以补偿工作台的变形。折弯机滑块在运行到下极限位置时，油缸处于保压状态，此时的滑块与床身、油缸之间不会产生相对位移，滑块处于静力平衡状态。下文对这种形势下折弯机滑块变形情况开展有限元分析，旨在对折弯机进行进一步优化与改进。
2.2材料的力学性能
折弯机滑块选择使用厚度为50mm的Q235A碳素结构钢钢板与4块80mm×350mm的连接板焊接而成。
2.3滑块的载荷与约束
PR100/3100型数控液压折弯机的公称压力是1000kN，当其处于在静力平衡状态下，会受到两侧油缸向下的压力以及模具向上的反作用力。在滑块的下端面和肩部50mm×80mm两端面分别施加1000kN向上、500kN向下的压力。因为在静力平衡状态时，滑块与床身之间不会产生相对位移，因此在滑块背部安装导向板的平面上创建位移约束。
图1位移曲线图
通过对滑块的三维模型开展网格划分，然后构建静态分析能够得到滑块的位移云图，从中可以看出滑块的最大位移为0.382mm，调取下端面一条棱边的位移曲线图，如图1所示。从曲线图上可以看到滑块变形呈对称状态分布，最大位移点位于下端面的中间部位，并且在全长3100mm的范围内均有变形发生，变形量为0.04～0.382mm。
3优化方案的比较
将滑块的结构和尺寸进行修改，重新建立模型进行有限元分析。通过指定设计变量，在给定的变化范围内对新模型进行敏感度分析，从而确定设计尺寸与最大变形量的线性关系，为结构改进提供数据支持，并得出可行的优化方案。
3.1滑块加厚
在原设计模型的基础上，将滑块厚度尺寸50mm定义为设计变量，定义变化范围为40～80mm，并建立敏感度分析，可得到滑块厚度与最大变形量的线性关系，如图2所示。从关系图中可以看出，当滑块厚度从40mm增加到80mm时，滑块的最大变形量从0.70mm减小到了0.13mm。因此，增加滑块厚度可以减小滑块的刚度变形。
图2滑块厚度与最大变形量的线性关系图
3.2滑块加筋
在原设计模型的基础上，在滑块背部增加一处长3000mm、高100mm、宽50mm的筋板，重新划分网格，施加约束与载荷并进行有限元分析，得到位移云图和位移曲线图。通过与原模型的分析结果进行对比可得，增加加强筋后，滑块的最大变形量由原来的0.382mm减小到了0.315mm。同时，将筋板厚度尺寸50mm定义为设计变量，变化范围为40～60mm，并建立敏感度分析，可得到筋板厚度与最大变形量的线性关系，如图3所示。从曲线图上可以看出，筋板厚度从40mm增加到60mm，最大变形量仅仅减小了0.025mm。
3.3改变滑块下端面的受力位置
考虑到加载后的滑块在全长范围内均有变形，尝试改变滑块的设计结构。重新施加载荷与约束，并划分网格划分、建立有限元分析，得到新结构的位移云图，如图4所示。从位移云图上可以看出，改变结构后，滑块的最大变形量从原来的0.382mm减小到0.108mm，滑块的变形得到了很好的改善。为进一步找出受力位置与最大变形量的关系，将滑块厚度方向的位置尺寸12mm定义为设计变量，定义变化范围为10～24mm，经过敏感度分析，得到受力位置与最大变形量的线性关系，如图5所示。从曲线图上可以看出，当位置尺寸在12左右时，滑块的最大变形量最小，也就是滑块下端面的受力位置在板厚中央时，滑块的变形量最小。
图4位移曲线图
图5受力位置与最大变形量的线性关系图
3.4方案比较
综合分析上述结果，三种优化方案都在一定程度上减小了滑块的最大变形量。方案一通过加厚滑块可在很大程度上减小滑块变形，但同时也大大增加了滑块重量，增加了制造成本，因此在实际设计中应慎重选择；方案二增加加强筋对减小滑块变形的效果不是很明显，同时也增加了滑块本身的重量，增加了制造成本，给操作带来了不便，因此，增加加强筋的方法并不可取；方案三改变受力位置能够很好地改善滑块在工作时的受力状况，减小滑块的刚性变形，该方案仅仅改变了滑块的结构尺寸，不会增加生产制造成本。可见，在三个方案中，方案三是最经济有效的。
4结束语
综上所述，近年来，我国对于制造业的发展给予了很大的支持，而且获得了比较大的成就。然而和欧美等发达国家进行对比，我国工业还需要不断进步和发展。目前，机械零件的数字化生产已经非常普遍，折弯机在零部件加工过程中具有非常广泛的运用，以前的零件加工技术早已不能满足社会发展的需求。所以，采用相关技术对折弯机改进已经成为了一种必然。
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