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剪切机刀片在剪切过程中刀刃部分应力分布的ANSYS分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-03-08  来源:本网  作者:admin  浏览次数:235
核心提示:  剪切机的刀刃在剪切过程中,不仅受剪切力、挤压力和摩擦力的影响,还受到钢坯高温的影响。初轧厂初轧钢坯的温度一般都在800 ~1000C,这么高的温度长期作用于刀刃,会造成刀变软从而加速了刀具的磨损,

  剪切机的刀刃在剪切过程中,不仅受剪切力、挤压力和摩擦力的影响,还受到钢坯高温的影响。初轧厂初轧钢坯的温度一般都在800 ~1000C,这么高的温度长期作用于刀刃,会造成刀变软从而加速了刀具的磨损,刀片的修复问题引起了许多专家的关注和重视,刀片的修复成为专家们重点研究的课题。在实践中,许多厂家和单位都尝试着解决崩刀,但由于现场所处的特殊环境,人们无法实测出刀片的应力状况,于是如何解决崩刀及刀片的修复成为工程中的一大难题。

  但随着计算机技术和计算方法的发展,复杂的工程问题可采用离散化的数值计算方法并借助计算机得到满足工程要求的数值解。在工程领域中应用最广泛的数值模拟方法是有限单元法,在众多的有限元软件中,ANSYS是最好的软件之一,它能解决复杂的工程问题,并对其应力状况进行模拟。为了找出产生崩力的原因并为刀片的修复提供理1基本条件原剪切机剪刃的材质5CrW2Si,热处理后室温硬度为45HRC左右,其结构形式为整体结构。在常规强度校核设计中,材质满足强度要求,因此强度条件不是造成崩刀失效的原因。

  4node182单兀,静强度1分析,弹性模量为196GPa摩擦系数0.1. 2受力分析剪切机剪刃的实体模型载荷如。

  Pmax最大单位剪切力T侧向推力F摩擦力由下述公式可计算最大剪切力Pmax.实体受力模型载荷图Fmax被剪件轧最大的原始断面面积mm Tax被剪轧件材料存在相应剪切温度下最大的单位剪切阻力MPa K考虑由于刀刃磨钝刀片间隙增大而使剪切力提高的系数,其数值根据剪切机能力选取:刘晓刚/文经验数据;有压板剪切时Y=表2侧向推力。摩擦力的数值刀片转角Y侧向推力T(t)垂直摩擦力F(t)5160.通常按下式计算最大剪切力。

  ―被剪轧件材料在相应剪切温度下的强度C时剪切高碳钢洳=150MPa最大剪切力为:剪刀片本体承受的压强为:根据可知e=z/h=0.剪切力最大时刀片压入深度:3有限元分析条件单元108个,节点133个;节点位移约束26个,节点压力2个,单元平面载荷2个。激活坐标系为平面坐标系,分析选项考虑大变形效应。

  剪切机剪刃上表面承受最大剪切力和在剪切过程中由于滑移而产生的摩擦力。最大剪切力作用整个剪刃上刀面上,轧件转角从5到10轧件与上刀面接触长度都大于刀的宽度90mm.假设剪切力作用是均布的,侧向压力也是均布的,侧向摩擦力作用方向Y负向,水平方向摩擦力作用方向X正向,为了讨论上的方便,假设为零。

  加载不同时,应力集中点应力值也不一样,变化曲线如所示。从图中可以看出应力数值变化不大。

  在不同加载情况下,如所示,拉应力最大点距离刀刃的变化曲线。其变化幅度在16~13厘米之间。

  不同加载条件下最大应力剪切刃的应力分布情况随着轧件转角的不同而不同,即随着加载条件变化而导致拉应力和压应力分布情况变化,如所示。

  从、、可以近似将剪切机剪切刀片刃部的应力状态描述为如所示的形式。

  从中可看出,在剪刃的上刀面呈现拉应力区域侧面呈现压应力区域。并可找出拉应力区域的应力最大点,如所示,但最大点的位置随着加载不同而出现变化,如所示。材料一般情况下由于热处理和加工方面的原因出现显微裂纹,尽管刀刃上部所受拉应力相对该材料屈服极限较小,但修复中堆焊材料中某些元素如W对热敏感性很强,常常导致在剪切过程中应力最大点裂纹扩展直至刀刃部分材料脱落,这即是产生崩刀的原因。实践证明剪刀片崩刃常常发生在距刀尖15mm处。4结论(1)在剪切现场,出现崩刀现象的原因是由于应力集中导致裂纹扩大所致。为了避免此现象,刀具不应采用整体结构,不同应力区域采用不同材料。

  在修复的过程中,剪刃上刀面,如中的A区域采用韧性或抗拉性能较好的材料来堆焊。

  在刃侧面上有一个压应力区域如中的B,修复刀片时,应选择红硬性、耐磨性、抗压强度高的材料进行堆焊。此方法可以节省贵重金属,提高材料的利用率。

 
 
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