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摘?要 本文使用的模型是WF67Y-160/3200数控折弯机，通过建模然后对折弯机机身、滑块和工作台进行有限元分析，找出了折弯机的薄弱环节，对结果与设计要求进行比较，验证设计的可行性。
关键词 折弯机；有限元分析
中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）111-0170-02
1 概述
通过CAE技术的应用，可以分析折弯机各个部位的结构、形状和尺寸对冲压过程的影响，以提高产品的核心竞争力，提高企业经济效益]。正因为此，国内某公司积极对自身产品进行创新与提高，获得了企业的发展。本文将以WF67Y-160/3200数控折弯机为研究对象进行分析，对其进行有限元分析，验证其设计的合理性。
2 机身实体模型的建立
在Pro/ENGINEER中建立的模型是CAD模型，如果要对该模型进行有限元分析，我们必须将CAD模型事先转换为CAE模型。目前将专业CAD软件生成的三维实体模型转换为CAE模型还存在很多问题，因此必须对所要进行有限元分析的数控折弯机CAD模型进行适当简化和修改。
3 折弯机机身有限元分析
图1 机身应力云图
图2 机身位移云图
对折弯机机身进行线性静力结构分析，了解机身结构的总体性能。
机身网格划分四面体网格法划，划分网格后便可得到304322个节点，184433个单元格。对机身进行线性静力结构应变分析应力云图，如图1；1600 kN的最大应变值为185.16 MPa，产生于滑块的折弯处。故可知在1600 kN工况下，应力符合工作的要求。对机身进行线性静力结构位移变形分析，得到位移云图，如图2，1600 kN最大位移为1.6827 mm。
4 滑块有限元分析
对滑块进行线性静力结构分析的目的在于，通过应力云图查看滑块受外载荷情况下的应力情况，以便对优化设计提出合理建议。
1）滑块线性静力结构分析。施加外载荷来分析，对滑块的网格划分尺寸设为20 mm，划分生成网格后便可得到285021个节点，195558个单元格。如图5所示。通过程序运算可得到施加外载荷滑块的应力云图，如图3：
图3 滑块应力云图
图4 滑块位移云图
1600 kN最大应变为228.97 MPa。故1600kN工况下，滑块的应力符合工作的要求。
在滑块静力位移分析中，得到滑块的位移云图，如图4，1600 kN最大位移为0.26373 mm。
2）滑块疲劳分析。循环次数的确定：折弯机每分钟六次行程，假设每天12小时，工作30年，循环次数N=6×60×12×360×30=46656000次，取5×107次为循环次数。
得到等效应力云图，最大应力值为174.73 MPa，循环应力极限为180 MPa，滑块的疲劳应力值是符合设计要求。滑块的最小寿命为5.8791×107，故循环5×107次是允许的，达到设计要求。滑块各部位安全系数，最小值为1.0302，大于1故在此使用条件下是安全的，达到设计要求。
3）滑块瞬态动力分析。对滑块的网格划分尺寸设为60 mm，划分生成网格后便可得到21301个节点，11431个单元格。等效应力云图，最大应力值1.9531 MPa，加上静力分析应力228.97 MPa，不会超过235 MPa，可得设计符合要求。滑块瞬态动力分析的位移云图，滑块的最大变形量为0.0031505 mm，此为运动引起的位移。
5 工作台有限元分析
1）工作台线性静力结构分析，施加外载荷来分析，对工作台的网格划分尺寸设为20 mm，划分生成网格便可得到365141个节点，243167个单元格。通过程序运算可得到应力云图，如图5：
图5 工作台应力云图
图6 工作台等效应力云图
1600 kN最大应变为153.46 MPa。故工作台的应力符合工作的要求。得到位移云图，施加1600 kN最大位移为0.26087 mm。
2）工作台疲劳分析。通过程序运算可得到等效应力云图，可得最大应力值为172.81 MPa，循环5×107次时的应力180 MPa，因此工作台的疲劳应力值符合设计要求。工作台的最小寿命达到疲劳寿命曲线设定的最大循环次数仍未失效，故循环5×107次是达到设计要求的。工作台各部位的安全系数，如最小值为1.6666，大于1，故在此使用条件下是安全的，达到设计要求。
3）数控折弯机工作台的瞬态动力分析。对工作台的网格划分尺寸设为60 mm，划分生成网格后便可得到33925个节点，18539个单元格。时间步长设为1秒，由此完成工作台的瞬态动力分析。通过程序运算，即可得到所需要的等效应力云图：得最大应力值为1.5056 MPa，加上静力分析应力172.81 MPa的影响，不会超过235 MPa，可得分析的要求。
得到工作台瞬态动力分析的位移云图，如图7所示。
图8中看到工作台由于运动引起的位移最大变形量为0.0016941 mm。
图7 工作台瞬态动力分析的等效应力云图
图8 折弯机工作台瞬态动力分析图
6 结论
本文通过对折弯机机身线性静力结构分析，得出滑块折角处及喉口处的应变较其他地方大一些，其次折弯机机身发生的前后变形对折弯机滑块进行上下定位产生了一定的影响。我们可以对现有数控折弯机进行合理的优化：
1）在滑块设计时应该设计平滑过度，以防止折角处出现应力过大而导致设计方案不能满足设计要求。
2）从应力云图中我们还可以得到喉口出应力较大，为了加强折弯机的使用寿命及安全性，可以在喉口处加一加强板，以减少喉口处应力集中现象。
参考文献
[1]张明富，黄志忠.国内外折弯机、剪板机现状和发展趋势[J].上海新力机床厂，2001.
[2]蒋晨，陆云祥等.折弯机机架体的有限元法参数化建模及分析[DB/OL][J].中国知网，2004.
[4]尹丹青等.Q235钢和16Mn钢接头超长寿命疲劳行为及疲劳寿命设计[J].天津大学学报，2001.
作者简介
刘祥（1979—），男，工程硕士，安徽工业大学。
关键词 折弯机；有限元分析
中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）111-0170-02
1 概述
通过CAE技术的应用，可以分析折弯机各个部位的结构、形状和尺寸对冲压过程的影响，以提高产品的核心竞争力，提高企业经济效益]。正因为此，国内某公司积极对自身产品进行创新与提高，获得了企业的发展。本文将以WF67Y-160/3200数控折弯机为研究对象进行分析，对其进行有限元分析，验证其设计的合理性。
2 机身实体模型的建立
在Pro/ENGINEER中建立的模型是CAD模型，如果要对该模型进行有限元分析，我们必须将CAD模型事先转换为CAE模型。目前将专业CAD软件生成的三维实体模型转换为CAE模型还存在很多问题，因此必须对所要进行有限元分析的数控折弯机CAD模型进行适当简化和修改。
3 折弯机机身有限元分析
图1 机身应力云图
图2 机身位移云图
对折弯机机身进行线性静力结构分析，了解机身结构的总体性能。
机身网格划分四面体网格法划，划分网格后便可得到304322个节点，184433个单元格。对机身进行线性静力结构应变分析应力云图，如图1；1600 kN的最大应变值为185.16 MPa，产生于滑块的折弯处。故可知在1600 kN工况下，应力符合工作的要求。对机身进行线性静力结构位移变形分析，得到位移云图，如图2，1600 kN最大位移为1.6827 mm。
4 滑块有限元分析
对滑块进行线性静力结构分析的目的在于，通过应力云图查看滑块受外载荷情况下的应力情况，以便对优化设计提出合理建议。
1）滑块线性静力结构分析。施加外载荷来分析，对滑块的网格划分尺寸设为20 mm，划分生成网格后便可得到285021个节点，195558个单元格。如图5所示。通过程序运算可得到施加外载荷滑块的应力云图，如图3：
图3 滑块应力云图
图4 滑块位移云图
1600 kN最大应变为228.97 MPa。故1600kN工况下，滑块的应力符合工作的要求。
在滑块静力位移分析中，得到滑块的位移云图，如图4，1600 kN最大位移为0.26373 mm。
2）滑块疲劳分析。循环次数的确定：折弯机每分钟六次行程，假设每天12小时，工作30年，循环次数N=6×60×12×360×30=46656000次，取5×107次为循环次数。
得到等效应力云图，最大应力值为174.73 MPa，循环应力极限为180 MPa，滑块的疲劳应力值是符合设计要求。滑块的最小寿命为5.8791×107，故循环5×107次是允许的，达到设计要求。滑块各部位安全系数，最小值为1.0302，大于1故在此使用条件下是安全的，达到设计要求。
3）滑块瞬态动力分析。对滑块的网格划分尺寸设为60 mm，划分生成网格后便可得到21301个节点，11431个单元格。等效应力云图，最大应力值1.9531 MPa，加上静力分析应力228.97 MPa，不会超过235 MPa，可得设计符合要求。滑块瞬态动力分析的位移云图，滑块的最大变形量为0.0031505 mm，此为运动引起的位移。
5 工作台有限元分析
1）工作台线性静力结构分析，施加外载荷来分析，对工作台的网格划分尺寸设为20 mm，划分生成网格便可得到365141个节点，243167个单元格。通过程序运算可得到应力云图，如图5：
图5 工作台应力云图
图6 工作台等效应力云图
1600 kN最大应变为153.46 MPa。故工作台的应力符合工作的要求。得到位移云图，施加1600 kN最大位移为0.26087 mm。
2）工作台疲劳分析。通过程序运算可得到等效应力云图，可得最大应力值为172.81 MPa，循环5×107次时的应力180 MPa，因此工作台的疲劳应力值符合设计要求。工作台的最小寿命达到疲劳寿命曲线设定的最大循环次数仍未失效，故循环5×107次是达到设计要求的。工作台各部位的安全系数，如最小值为1.6666，大于1，故在此使用条件下是安全的，达到设计要求。
3）数控折弯机工作台的瞬态动力分析。对工作台的网格划分尺寸设为60 mm，划分生成网格后便可得到33925个节点，18539个单元格。时间步长设为1秒，由此完成工作台的瞬态动力分析。通过程序运算，即可得到所需要的等效应力云图：得最大应力值为1.5056 MPa，加上静力分析应力172.81 MPa的影响，不会超过235 MPa，可得分析的要求。
得到工作台瞬态动力分析的位移云图，如图7所示。
图8中看到工作台由于运动引起的位移最大变形量为0.0016941 mm。
图7 工作台瞬态动力分析的等效应力云图
图8 折弯机工作台瞬态动力分析图
6 结论
本文通过对折弯机机身线性静力结构分析，得出滑块折角处及喉口处的应变较其他地方大一些，其次折弯机机身发生的前后变形对折弯机滑块进行上下定位产生了一定的影响。我们可以对现有数控折弯机进行合理的优化：
1）在滑块设计时应该设计平滑过度，以防止折角处出现应力过大而导致设计方案不能满足设计要求。
2）从应力云图中我们还可以得到喉口出应力较大，为了加强折弯机的使用寿命及安全性，可以在喉口处加一加强板，以减少喉口处应力集中现象。
参考文献
[1]张明富，黄志忠.国内外折弯机、剪板机现状和发展趋势[J].上海新力机床厂，2001.
[2]蒋晨，陆云祥等.折弯机机架体的有限元法参数化建模及分析[DB/OL][J].中国知网，2004.
[4]尹丹青等.Q235钢和16Mn钢接头超长寿命疲劳行为及疲劳寿命设计[J].天津大学学报，2001.
作者简介
刘祥（1979—），男，工程硕士，安徽工业大学。