Tesouras Guilhotina: Análise e Otimização de Desempenho Mecânico

Tesouras Guilhotina: Análise e Otimização de Desempenho Mecânico

1. Introdução

A tesoura guilhotina oferece maior eficiência, precisão e confiabilidade em comparação com a tesoura de viga oscilante, pois elimina folga na estrutura e permite ajustar o ângulo de cisalhamento.

No entanto, ao cortar chapas largas e pesadas ou chapas finas de alta resistência, a guilhotina pode enfrentar desafios como a deformação da máquina que afeta a precisão do corte.

A maioria das pesquisas neste campo concentra-se no impacto dos parâmetros de cisalhamento na precisão, no projeto e na automação do sistema de controle ou na simulação do processo de cisalhamento usando pontos discretos.

No entanto, há pesquisas limitadas sobre análise de propriedades mecânicas e otimização estrutural de tesouras guilhotinas.

Este artigo visa suprir esta lacuna analisando as características estáticas e dinâmicas da máquina-ferramenta e simulando o processo de cisalhamento de chapa. Através desta análise são obtidos dados de cisalhamento contínuo e um esquema de otimização é proposto.

2. Análise estática

Um modelo estrutural de uma guilhotina 6 x 3200 NC é mostrado na Figura 1. Durante a operação, o dispositivo contra recuo, acionado pelo parafuso do rolete, ajusta o comprimento de corte. O cilindro de prensagem é então comprimido pela placa de cisalhamento.

Uma vez definidos os parâmetros de corte, como folga da lâmina e ângulo de corte, os cilindros hidráulicos em ambas as extremidades acionam as lâminas superior e inferior para se moverem e completarem o processo de corte da chapa.

Na análise de simulação, o filete de transição e o furo roscado são desconsiderados e um modelo tridimensional simplificado é importado para um software de análise de elementos finitos. Os dois lados do apoio superior da ferramenta são fixados com restrições e o contato de ligação é estabelecido para simular a soldagem e a fixação da rosca das peças superiores do porta-ferramentas.

Modelo estrutural de guilhotina 6 × 3200 NC

Fig. 1 Modelo estrutural de guilhotina 6 × 3200 NC

De acordo com a fórmula de Norsali:

f1

Na fórmula:

  • σb – Limite de resistência da chapa a ser cortada;
  • δs – Ductilidade da chapa a ser cortada;
  • h – Espessura da chapa a ser cortada;
  • α – Ângulo de cisalhamento;
  • x、y、z – O coeficiente de força de flexão, o valor relativo da folga lateral da aresta de corte e o coeficiente de prensagem.

A força de cisalhamento vertical (P1) é calculada em 212,8 kN usando a fórmula (1), enquanto a força de cisalhamento horizontal (P2) é estimada em 30% da força de cisalhamento vertical, ou 63,8 kN. Ambas as forças de cisalhamento verticais e horizontais são aplicadas à torre superior e resolvidas usando o ANSYS Workbench.

A deformação em cada direção no início, meio e final do cisalhamento é comparada e analisada. Conforme visto na Tabela 1, a deformação do carro superior na direção Y é maior, e a deformação nas direções X e Z pode ser considerada insignificante em comparação.

As posições inicial e final da deformação na direção Y são aproximadamente iguais e muito menores que a posição intermediária. Durante o processo de cisalhamento, a deformação do porta-ferramenta superior apresenta uma tendência côncava.

Tabela 1 Tensão equivalente máxima e deformação máxima nas direções X, Y e Z do porta-ferramenta superior

Posição de cisalhamento Tensão máxima equivalente
/MPa 		Deformação máxima na direção X
/milímetros 		Deformação máxima na direção Y
/milímetros 		Deformação máxima na direção Z
/milímetros
Começo 137,7 0,020 0,141 0,074
Meio 135,3 0,090 0,183 0,650
Fim 137,2 0,013 0,151 0,085

As Figuras 2 e 3 mostram a tensão máxima equivalente no meio e a deformação máxima na direção Y, respectivamente.

Fig. 2 Tensão equivalente máxima do porta-ferramentas superior

Fig. 2 Tensão equivalente máxima do porta-ferramentas superior

Fig. 3 Deformação máxima do porta-ferramenta superior na direção Y

Fig. 3 Deformação máxima do porta-ferramenta superior na direção Y

Analisando a Tabela 1 e as Figuras 2 e 3, pode-se determinar que a tensão equivalente do porta-ferramentas superior é maior no início do processo de cisalhamento. Essa tensão está localizada na posição do cilindro hidráulico e tem valor de 137,7 MPa, que é inferior ao limite de escoamento de 235 MPa para o apoio superior da ferramenta.

No meio do processo de cisalhamento, a deformação máxima do porta-ferramenta superior no sentido Y é observada na placa de apoio traseira B, com tamanho de 1,183 mm. Enquanto isso, a deformação da lâmina na direção Y é de 0,346 mm, o que é inferior a 1 mm e atende aos requisitos necessários.

3. Análise dinâmica transitória

Na simulação dinâmica, um cursor é colocado na posição inicial da lâmina superior e é constantemente submetido à força de cisalhamento com uma velocidade especificada. O movimento do controle deslizante é usado para simular o processo de cisalhamento da placa.

Como o cursor transmite apenas força de cisalhamento, ele foi ajustado para ter contato sem atrito com a lâmina superior. Durante o corte da chapa metálica, o contato entre a lâmina superior e a chapa a ser cortada é ilustrado na Figura 4. O(s) comprimento(s) de contato é 8:1.

f2

Fig. 4 Diagrama de corte

Fig. 4 Diagrama de corte

Para simplificar o cálculo, assume-se que a força cortante está distribuída uniformemente sobre uma área retangular com o (s) comprimento (s) e a largura

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