Tesouras Guilhotina: Análise e Otimização de Desempenho Mecânico

Cizallas de guillotina: análisis y optimización del rendimiento mecánico

1. Introducción

La cizalla de guillotina ofrece mayor eficiencia, precisión y confiabilidad en comparación con la cizalla de viga oscilante, ya que elimina el juego en la estructura y permite ajustar el ángulo de corte.

Sin embargo, al cortar láminas anchas y pesadas o láminas delgadas de alta resistencia, la guillotina puede enfrentar desafíos como la deformación de la máquina que afecta la precisión del corte.

La mayor parte de la investigación en este campo se centra en el impacto de los parámetros de corte en la precisión, el diseño y la automatización del sistema de control o la simulación del proceso de corte utilizando puntos discretos.

Sin embargo, existe una investigación limitada sobre el análisis de propiedades mecánicas y la optimización estructural de cizallas de guillotina.

Este artículo tiene como objetivo llenar este vacío analizando las características estáticas y dinámicas de la máquina herramienta y simulando el proceso de corte de chapa. A través de este análisis se obtienen datos de corte continuo y se propone un esquema de optimización.

dos . Análisis estático

En la Figura 1 se muestra un modelo estructural de una guillotina de 6 x 3200 NC. Durante la operación, el dispositivo anti-retroceso, impulsado por el tornillo del rodillo, ajusta la longitud de corte. A continuación, la placa de corte comprime el cilindro de presión.

Una vez que se establecen los parámetros de corte, como la holgura de la hoja y el ángulo de corte, los cilindros hidráulicos en ambos extremos impulsan las hojas superior e inferior para moverse y completar el proceso de corte de la placa.

En el análisis de simulación, la rosca de transición y el orificio roscado se ignoran y se importa un modelo tridimensional simplificado al software de análisis de elementos finitos. Los dos lados del portaherramientas superior se fijan con restricciones y el contacto de unión se establece para simular la soldadura y sujeción de hilo de las partes superiores del portaherramientas.

Modelo estructural de guillotina 6 × 3200 NC

Fig. 1 Modelo estructural de guillotina 6×3200 NC

Según la fórmula de Norsali:

f1

En la fórmula:

  • σb – Límite de resistencia de la lámina a cortar;
  • δs – Ductilidad de la lámina a cortar;
  • h – Espesor de la lámina a cortar;
  • α – ángulo de corte;
  • x、y、z: el coeficiente de fuerza de flexión, el valor relativo de la holgura lateral del filo y el coeficiente de presión.

La fuerza cortante vertical (P1) se calcula en 212,8 kN utilizando la fórmula (1), mientras que se estima que la fuerza cortante horizontal (P2) es el 30 % de la fuerza cortante vertical, o 63,8 kN. Se aplican fuerzas de corte tanto verticales como horizontales a la torre superior y se resuelven utilizando ANSYS Workbench.

Se compara y analiza la deformación en cada dirección al inicio, medio y final del corte. Como se ve en la Tabla 1, la deformación del carro superior en la dirección Y es mayor, y la deformación en las direcciones X y Z puede considerarse insignificante en comparación.

Las posiciones inicial y final de la deformación en la dirección Y son aproximadamente iguales y mucho más pequeñas que la posición intermedia. Durante el proceso de corte, la deformación del portaherramientas superior tiene una tendencia cóncava.

Tabla 1 Esfuerzo equivalente máximo y deformación máxima en las direcciones X, Y y Z del portaherramientas superior

Posición de corte Tensión máxima equivalente
/MPa 		Deformación máxima en la dirección X
/mm 		Deformación máxima en la dirección Y
/mm 		Deformación máxima en la dirección Z
/mm
Comenzar 137,7 0.020 0,141 0,074
Bastante 135,3 0.090 0,183 0.650
Fin 137,2 0.013 0,151 0,085

Las Figuras 2 y 3 muestran la tensión equivalente máxima en el medio y la deformación máxima en la dirección Y, respectivamente.

Fig. 2 Tensión máxima equivalente del portaherramientas superior

Fig. 2 Tensión máxima equivalente del portaherramientas superior

Fig. 3 Deformación máxima del portaherramientas superior en dirección Y

Fig. 3 Deformación máxima del portaherramientas superior en dirección Y

Analizando la Tabla 1 y las Figuras 2 y 3, se puede determinar que la tensión equivalente del portaherramientas superior es mayor al inicio del proceso de corte. Esta tensión se localiza en la posición del cilindro hidráulico y tiene un valor de 137,7 MPa, que es inferior al límite elástico de 235 MPa para el soporte superior de la herramienta.

En medio del proceso de corte, la máxima deformación del portaherramientas superior en dirección Y se observa en la placa de soporte trasera B, con un tamaño de 1.183 mm. Mientras tanto, la deformación de la hoja en la dirección Y es de 0,346 mm, menos de 1 mm y cumple con los requisitos necesarios.

3 . Análisis dinámico transitorio

En la simulación dinámica, se coloca un control deslizante en la posición inicial de la hoja superior y se lo somete constantemente a una fuerza cortante con una velocidad específica. El movimiento del control deslizante se utiliza para simular el proceso de corte de la placa.

Dado que el control deslizante solo transmite fuerza de corte, se ha ajustado para que tenga contacto sin fricción con la hoja superior. Durante el corte de chapa, el contacto entre la hoja superior y la lámina a cortar se ilustra en la Figura 4. La longitud de contacto es 8:1.

f2

Fig.4 Diagrama de corte

Fig.4 Diagrama de corte

Para simplificar el cálculo, se supone que la fuerza cortante se distribuye uniformemente sobre un área rectangular con longitud(es) y ancho

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