АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УНИВЕРСАЛЬНО-СБОРНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА ANSYS

ANALYSIS OF THE STRESS-STRAIN STATE OF UNIVERSAL-MODULAR FIXTURES WITH THE USE OF THE SOFTWARE PRODUCT ANSYS

Alexander Kapranov

master student of API (branch of) NSTU,

Russia, Arzamas

Natalie Pris

candidate of Technical Sciences, Associate Professor of API (branch of)

NSTU,

Russia, Arzamas

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлен анализ напряженно–деформированного состояния универсально – сборного приспособления, спроектированного в ходе апробирования созданной библиотеки трехмерных параметрических моделей деталей комплекта УСП–12. Анализ проводился с использованием модуля static structural – программного продукта Ansys. В результате были определены деформации и перемещения элементов станочного приспособления, эквивалентные напряжения, что показало необходимость внесения изменений в конструкцию УСП.

ABSTRACT

This article presents an analysis of the stress–strain state of universal – modular fixtures designed during the testing created a library of three-dimensional parametric models of parts of the set USP–12. The analysis was conducted using the static structural module of software product Ansys. As a result, identified deformation and displacement of elements of machine tools, equivalent stress.

Ключевые слова: универсально-сборные приспособления, моделирование, деформации, параметрическая модель, библиотека объемных трехмерных моделей.

Keywords: universal and combined widget, simulation, deformation, parameter-oriented model, a library of three-dimensional volume models.

В настоящее время происходит смещение производства в сторону мелкосерийного. В таких условиях экономически нецелесообразно использовать специальные приспособления. Наибольшее распространение получила универсально-сборная переналаживаемая оснастка (или универсально-сборные приспособления).

Универсально-сборные приспособления (УСП) – устройства, собираемые из комплекта (набора) взаимозаменяемых многократно используемых обычно стандартных (или унифицированных) деталей и узлов, служащих для установки и закрепления изделий при выполнении технологических операций механической обработки, сборки и контроля.

Ограниченное распространение УСП связано с рядом негативных факторов, одним из которых является значительные временные затраты на проектирование и сборку приспособлений данной системы. Для повышения эффективности применения приспособлений системы УСП важным является поиск и реализация рационального подхода к проектированию.

С целью повышения эффективности проектирования приспособлений системы УСП было принято решение о создании библиотеки, содержащей в себе параметрические трехмерные модели деталей комплекта УСП-12 [2].

В ходе апробирования библиотеки трехмерные параметрические модели элементов УСП–12 использовались при проектировании приспособления для сверления 2–х отверстий диаметром 8 мм в детали «Корпус» [1]. Приспособление состоит из 84 деталей и 2–х сборочных единиц (рисунок 1).

Рисунок 1. Универсально-сборное приспособление

После окончания всех компоновочных операций для определения возможных деформаций проведен анализ напряженно–деформированного состояния в программе Ansys с применением программного модуля static structural – статический структурный анализ. Он позволяет рассчитать перемещения, деформации, напряжения, внутренние усилия, возникающие в теле под действием статической нагрузки.

Уменьшение времени анализа приспособления достигалось за счет исключения элементов для направления режущего инструмента, которые никаким образом не могут повлиять на результаты. Так же из конструкции был убран пневмопривод, а его действие на заготовку заменено силой, соответствующей усилию зажима.

В результате сверления отверстий на заготовку действуют осевая сила и крутящий момент, а также усилие зажима, создаваемое пневмоприводом (рисунок 2,3).

Рисунок 2. Обработка первого отверстия

Рисунок 3. Обработка второго отверстия

Результатом отработки программы являются перемещения и деформации элементов станочного приспособления и самой обрабатываемой заготовки. Анализ структурного статистического расчета показывает, что при обработке первого отверстия максимальное перемещение под действием осевой силы, крутящего момента и усилия зажима получила заготовка, и оно составило 0,146 мм. Зона обрабатываемого отверстия при этом сместилась примерно на 0,028 мм. Максимальное эквивалентное напряжение по Мизесу в наиболее нагруженных местах составило 61,5 МПа (рисунок 4).

Рисунок 4. Деформации и напряжения, возникшие в результате обработки первого отверстия

При обработке второго отверстия максимальное перемещение под действием осевой силы, крутящего момента и усилия зажима получила заготовка, и оно составило 0,027 мм. Зона обрабатываемого отверстия при этом сместилась примерно на 0,017 мм. Максимальное эквивалентное напряжение по Мизесу составило 47,8 МПа (рисунок 5).

Рисунок 5. Деформации и напряжения возникшие, в результате обработки второго отверстия

В целом полученная деформация заготовки в приспособлении оказалась меньше допуска на получаемый размер. Эта деформация или же перемещение заготовки будет не чем иным как погрешностью закрепления, а следовательно является лишь одной из составляющих при расчете приспособления на точность. Следует предположить, что в совокупности с другими погрешностями может произойти выход получаемого размера за пределы допуска. Поэтому, для уменьшения погрешности закрепления принято решении о внесении в конструкцию приспособления дополнительных элементов, которые частично исключат поворот заготовки под действием осевой силы (рисунок 6). Этими элементами являются квадратные подкладки толщиной 15 мм.

Рисунок 6. Универсально-сборное приспособление после добавления дополнительных элементов

Результаты повторного анализа показали, что деформации заготовки в приспособлении значительно уменьшились, а следовательно уменьшилась и погрешность закрепления. Так же почти в два раза уменьшилось эквивалентное напряжение в наиболее нагруженных местах, что лучшим образом повлияет на прочностные характеристики приспособления.

Используя данный программный модуль, можно определить погрешность закрепления заготовки в любом приспособлении и на этой основе создать конструкцию УСП, отвечающую эксплуатационным требованиям.

Список литературы:

1. Капранов А.Е., Прис Н.М. Проектирование станочных приспособлений с использованием библиотеки трехмерных параметрических моделей деталей УСП–12. // журнал Приволжский научный вестник, 2015 г., С. 30–35.
2. Капранов А.Е., Прис Н.М. Разработка библиотеки трехмерных параметрических моделей деталей УСП. Технические науки – от теории к практике: материалы XLV международной заочной научно-практической конференции. (28 апреля 2015 г.); Новосибирск: Изд. «СибАК», 2015. – 114 с.
3. Мясников Ю.И. Технологическая оснастка металлорежущих станков. Часть 3. Автоматизация проектирования станочных приспособлений: учебно-методический комплекс / Ю.И. Мясников. – 3-е изд., перераб. и доп. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. – 160 с.