CN212208299U - 一种基于ansys仿真分析的热弯机用的加热板表面结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于ANSYS仿真分析的热弯机用的加热板表面结构，加热板通过法兰盘连接热弯机的主轴，加热板下表面结构为具有一定球面度的凹型球面结构或凹型圆柱面结构，凹型球面结构底面四边为圆弧形；凹型球面结构的尺寸范围为弧面中心距加热板底面中心距离为0.2‑0.5mm，加热板底面四条边与球体相交；加热板下表面设计为凹型圆柱面，底面对称两长边为圆柱面的轴向切边，底面对称两短边为圆柱面的径向弧边，圆柱体与距离加热板底面0.2‑0.5mm的面相切，加热板底面两条长边与圆柱面相交。本实用新型加热板下表面凹型球面及圆柱面结构设计，保证了加热板下压过程与模具接触面的平整度，大大提高了玻璃成型精度及良率。
Description
技术领域
本实用新型公开了一种计算方法及加热板表面结构，具体涉及一种基于ANSYS仿真分析的热弯机用的加热板表面结构。
背景技术
热弯玻璃是平板玻璃在模具中受热软化，在一定压力下弯曲成型，再经退火制成的曲面玻璃。随着工业技术水平的进步和人们审美需求的提高，3D曲面玻璃在建筑、民用等领域的应用越来越多。例如，越来越多的智能手机选用了3D曲面屏，并受到了众多消费者的追捧。
随着3D玻璃需求的不断增加，带动了整个产业链的发展，作为生产3D玻璃的核心加工设备，3D热弯机需求也将迎来爆发式增长。而传统热弯机的上加热板均采用平面结构，由于上加热板上端连接单根或者双根主轴，并且主轴内通有冷却循环水，此种情况会造成加热板在高温运行状态下热变形不一致，在下压与模具接触过程时底面不水平，极大影响了玻璃成型精度及良率。因此对热弯机加热板结构的研究至关重要。
发明内容
本实用新型针对传统热弯机加热板表面结构设计不合理，下表面变形不一致等问题，提供了一种通过对边界条件及物性参数等的修改，对加热板高温稳定运行状态下的变形情况进行仿真分析，模拟更加贴近实际情况的基于ANSYS仿真分析的热弯机用的加热板表面结构。
本实用新型的目的是这样实现的：加热板通过法兰盘连接热弯机的主轴，加热板下表面结构为具有一定球面度的凹型球面结构或凹型圆柱面结构，凹型球面结构底面四边为圆弧形；凹型球面结构的尺寸范围为弧面中心距加热板底面中心距离为0.2-0.5mm，加热板底面四条边与球体相交；加热板下表面设计为凹型圆柱面，底面对称两长边为圆柱面的轴向切边，底面对称两短边为圆柱面的径向弧边，圆柱体与距离加热板底面0.2-0.5mm的面相切，加热板底面两条长边与圆柱面相交。
本实用新型还有这样一些特征：
1.所述的加热板下表面结构设计为凹型球面，凹型球面结构的尺寸范围为弧面中心距加热板底面中心距离为0.2-0.5mm，距加热板底面的面与球体相切于点A，且加热板四条边与球体相交于B、C、D、E四点，对应加热板底面对角线OE的数值，根据OE值及数学关系得到球体半径R值；
2.所述的凹型球面结构的尺寸范围为弧面中心距加热板底面中心距离为0.3mm。
本实用新型结构主要是根据加热板结构及在高温稳定运行状态下的工艺参数，确定所需材料性能参数并添加，建立初始分析几何模型，对其进行网格划分，之后定义边界条件并施加载荷进行求解计算输出结果；同时根据仿真分析结果，对加热板变形情况进行分析，结合加热板在高温稳定运行状态下的变形情况设计了两种加热板下表面结构，即凹型球面结构或圆柱面结构；下表面为球面或圆柱面的加热板在高温运行状态下变形后，整块加热板下表面接近于平面。
所述的计算方法主要包括以下步骤：
步骤（1）：根据加热板的高温运行状态及相关工艺参数，分析如何简化处理加热板及连接结构的模型及所选取的分析方式，具体采用间接分析法进行分析，先进行稳态热分析，将热分析结果作为体载荷施加至模型中，定义边界条件等进行结构分析，得到模型的热变形分布情况；
步骤（2）：确定相关材料的热性能参数，先进行稳态热分析，所需材料物性参数为热传导系数；
步骤（3）：建立简化几何分析模型并对其进行网格划分；
步骤（4）：计算加热板在高温稳定运行状态下的变形，为稳态传热过程，定义边界条件并施加载荷，加热板及连接法兰盘工作温度为800℃，主轴外表面工作温度为300℃，内表面工作温度为30℃；
步骤（5）：进行分析求解并显示热分析温度场结果；
步骤（6）：进行热应力分析，将热单元转化为结构单元，并定义材料的力学性能，所需材料物性参数包括热膨胀系数、泊松比；
步骤（7）：将热分析温度场结果施加至结构分析中并进行求解分析，进入通用后处理器查看结构分析结果，得到加热板及连接结构的热变形分布情况。
加热板仿真分析结果显示加热板在高温稳态运行情况下，下表面会产生圆弧形凸面变形。
本实用新型的有益效果有：
1.本实用新型可针对不同尺寸、材质的加热板模型及不同的工艺参数，通过对边界条件及物性参数等的修改，对加热板高温稳定运行状态下的变形情况进行仿真分析，模拟更加贴近实际情况；
2.本实用新型可大大降低试验周期，为加热板下表面结构设计提供直观精确的变形云图依据；
3.本实用新型加热板下表面凹型球面及圆柱面结构设计，保证了加热板下压过程与模具接触面的平整度，大大提高了玻璃成型精度及良率。
附图说明
图1为本实用新型加热板及连接结构模型图；
图2为加热板及连接结构热变形模拟图；
图3为加热板下表面凹型球面结构图；
图4为加热板下表面凹型圆柱面结构图；
图5为加热板与球体相切示意图；
图6为加热板底面与球体相交面示意图；
图7为加热板与圆柱相切正视图；
图8为加热板与圆柱相切侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细说明。结合图1-4，本实施例针对加热板高温变形进行仿真分析计算，并根据计算结果设计加热板下表面结构。该计算方法主要包括以下步骤：
步骤（1）：根据加热板的高温运行状态及相关工艺参数，分析如何简化处理加热板及连接结构的模型及所选取的分析方式，本实施例中采用间接分析法进行分析，先进行稳态热分析，将热分析结果作为体载荷施加至模型中，定义边界条件等进行结构分析，得到模型的热变形 分布情况；
步骤（2）：确定相关材料的热性能参数，先进行稳态热分析，所需材料物性参数为热传导系数。建立如图1所示的简化几何分析模型并对其进行网格划分；定义边界条件并施加载荷，加热板5及连接法兰盘6工作温度为800℃，主轴7外表面工作温度为300℃，内表面工作温度为30℃，进行分析求解；
步骤（3）：进行热应力分析，将热单元转化为结构单元，并定义材料的力学性能，所需材料物性参数包括热膨胀系数、泊松比；将热分析温度场结果施加至结构分析中并进行求解分析，进入通用后处理器查看结构分析结果，得到加热板及连接结构的热变形量分布情况简图，如图2所示，区域a，位移-1.279（mm）；区域b，位移-1.367；区域c，-0.993；区域d，-0.851。
根据ANSYS仿真分析的加热板变形模拟简图可知，加热板下表面由中心向外侧，由底部至上部，高温变形后各区域变形量为a>b>c>d，整个加热板下表面由平面变为凸型球面，根据此变形特征，将加热板下表面结构设计为两种形式。结合图3所示，加热板下表面为凹型球面结构，加热板下表面长边方向结构1为凹型球面，加热板下表面短边方向结构2为凹型球面。结合图4所示，加热板下表面为凹型圆柱面结构，加热板长边方向结构3为圆柱长方形端面，加热板短边方向结构4为凹型球面。两种加热板结构均可用于热弯机的预热或成型工位，作为上加热板，在下压过程时与模具进行接触传热，下表面为凹型球面或圆柱面的结构在高温变形后可以保证与模具接触面的平整度，进而保证了下压过程玻璃变形的一致性，大大提高了玻璃成型精度及良率。
结合图5-6，本实施例中热弯机用加热板下表面结构设计为凹型球面及圆柱面，根据ANSYS仿真计算的变形结果及工艺调试实验，凹型球面结构的尺寸范围为弧面中心距加热板底面中心距离为0.2-0.5mm，具体尺寸根据加热板尺寸及所加工玻璃产品确定，此尺寸范围内的加热板热压成型的玻璃产品平面度好，表面缺陷少，良率高。具体计算方法为指定距加热板底面一定距离的面与球体相切，加热板底面四条边与球体相交。根据数学关系计算球体半径。结合图1、图2所示，以190×130×37mm加热板为例，圆弧面中心与加热板5底面中心距离设计为0.3mm，距加热板底面0.3mm的面与球体8相切于点A，且加热板四条边与球体8相交于B、C、D、E四点，计算出加热板底面对角线OE的数值，根据OE值及数学关系，计算出球体半径R值，最后将以上数值输入绘图软件中，绘制加工图纸，数控机床编程进行加工此圆弧面。
结合图7-8，本实施例中热弯机用加热板下表面结构设计为凹型球面及圆柱面，根据ANSYS仿真计算的变形结果及工艺调试实验，圆柱面结构的尺寸范围为圆柱体与距离加热板底面0.2-0.5mm的面相切，加热板底面两条长边与圆柱面相交，此尺寸范围内的加热板热压成型的玻璃产品平面度好，表面缺陷少，良率高。结合图3、图4所示，以190×130×37mm加热板为例，圆柱体10与距离加热板5底面0.2mm处平面相切，切线9为MN，加热板底面两条长边GH、JK与圆柱体相交。根据数学关系可计算出圆柱体顶面、底面半径，圆柱体高即为加热板长度，根据以上数据利用绘图软件绘制加工图纸，数控机床编程加工该圆柱面。
以上内容是对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只限于这些说明。对于具有本实用新型所属领域基础知识的人员来讲，可以很容易对本实用新型进行变更和修改，这些变更和修改都应当视为属于本实用新型所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (3)
1.一种基于ANSYS仿真分析的热弯机用的加热板表面结构，其特征在于加热板通过法兰盘连接热弯机的主轴，加热板下表面结构为具有一定球面度的凹型球面结构或凹型圆柱面结构，凹型球面结构底面四边为圆弧形；凹型球面结构的尺寸范围为弧面中心距加热板底面中心距离为0.2-0.5mm，加热板底面四条边与球体相交；加热板下表面设计为凹型圆柱面，底面对称两长边为圆柱面的轴向切边，底面对称两短边为圆柱面的径向弧边，圆柱体与距离加热板底面0.2-0.5mm的面相切，加热板底面两条长边与圆柱面相交。
2.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS仿真分析的热弯机用的加热板表面结构，其特征在于所述的加热板下表面结构设计为凹型球面，距加热板底面的面与球体相切一点，且加热板四条边与球体相交于四点，对应加热板底面对角线与球体半径值相对应。
3.根据权利要求2所述的一种基于ANSYS仿真分析的热弯机用的加热板表面结构，其特征在于所述的凹型球面结构的尺寸范围为弧面中心距加热板底面中心距离为0.3mm。
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| CN111428408A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-17 | 哈尔滨奥瑞德光电技术有限公司 | 一种基于ansys仿真分析的热弯机用加热板高温变形的计算方法及加热板表面结构 |
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