模锻压力机机身结构与刚度分析范文

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《锻压装备与制造技术杂志》2016年第4期

摘要：

针对模锻压力机整体机身结构，通过三维建模软件建立1600t模锻压力机机身分析模型，并导入ANSYS有限元计算软件进行仿真分析。对机身及拉紧螺杆的几种状态进行分析计算和对比，获得了最为合理的结构形式。

关键词：

模锻压力机；整体机身；结构；刚度；预紧力

模锻压力机采用的机身结构形式主要有整体式和分体式两大类。一般地，1000t（含）以上机床均采用分体式结构，机身由横梁、立柱、底座组合而成，用四根拉紧螺栓预紧，预紧力取值范围一般是公称力的1.4～2.0倍之间。模锻压力机通常采用偏心轴横向布置，且主轴孔在机身的左、右立柱上。因为预紧力的关系，机身上的主轴孔会产生横长竖短的椭圆化变形，因此在机身加工工艺设计时，需要先将机身预紧到一定值，再行加工。后期在用户二次装配时，仍要按预紧定值还原主机生产工厂的参数，实现刚度、精度的最佳状态。一般地，拉紧螺栓、螺母会突出在机身的上、下端面之外，这给加工、装配带来一些难度。随着国内加工、起吊、运输、装载设备的重型化以及道路的现代化，国内的模锻压力机由整体式结构向大吨位演化的趋势。我公司试制生产的1600t模锻压力机就是采用了整体式结构。整体式结构的模锻压力机需不需要拉紧螺栓？需不需要预紧？预紧力多少？本文列举了三种工况，通过三维建模，并导入ANSYS有限元计算分析，分析内容主要为应力分析和变形分析，并对分析结果进行比较，最终得出了结论

1机身有限元计算

1.1工况一：无拉杆，加载机床公称力

1.1.1机身实体模型

模锻压力机机身实体ANSYS模型如图1所示，机身网格模型如图2所示。边界条件的处理：①机身在工作时承受两个方向相反、大小相等的载荷，一个作用在偏心轴支撑孔上，方向朝上；另一个作用在工作台上，方向向下。偏心轴安装孔上的作用力和工作台上的载荷分别以均布面载荷的形式作用于机身上，载荷大小为1600t；②认为地基为刚性固定平面，模锻底座与地基相连的部分6自由度全约束。机身加载示意图如图3所示。

1.1.2机身静态特性分析

如图4所示，机身最大变形为0.463mm，发生在机身顶部。如图5所示，机身最大应力为74.94MPa，整体应力在50MPa以内。

1.2工况二：装拉杆，只加载机床公称力

1.2.1机身实体模型

机身实体ANSYS模型如图6所示，机身网格模型如图7所示。边界条件的处理：①机身在工作时承受两个方向相反、大小相等的载荷，一个作用在偏心轴支撑孔上，方向朝上；另一个作用在工作台上，方向向下。偏心轴安装孔上的作用力和工作台上的载荷分别以均布面载荷的形式作用于机身上，载荷大小为1600t；不加载预紧力。②认为地基为刚性固定平面，模锻底座与地基相连的部分6自由度全约束。

1.2.2机身静态特性分析、

如图8所示，机身最大变形为0.378mm，最大变形发生在机身顶部。如图9所示，机身最大应力为80.34MPa，整体应力在54MPa以内。

1.3工况五：加载100%公称力的预紧力+公称力

1.3.1机身实体模型

机身实体ANSYS模型如图10所示，机身网格模型如图11所示。边界条件的处理：①机身在工作时承受两个方向相反、大小相等的载荷，一个作用在偏心轴支撑孔上，方向朝上；另一个作用在工作台上，方向向下。偏心轴安装孔上的作用力和工作台上的载荷分别以均布面载荷的形式作用于机身上，载荷大小为1600t；预紧力加载100%公称力。②认为地基为刚性固定平面，模锻底座与地基相连的部分6自由度全约束。

1.3.2机身静态特性分析

如图12所示，机身最大变形为0.520mm，发生在机身顶部拉紧螺母处。如图13所示，机身最大应力为105.54MPa，整体应力在70MPa以内。如图14所示，拉杆最大应力为130.65MPa，整体应力在87MPa以内。

2分析

对模锻压力机机身进行有限元分析，分析结果如表3所示。

3结论

（1）拉紧螺杆对底座的刚性没有加强作用，仅对立柱的刚性有提升。

（2）预紧力对机身整体刚度并无大的改善，反而会增加拉紧螺杆内部和机身的综合应力。为了适应模锻压力机的振动工作状况，旋紧拉紧螺母，使其无缝贴合在机身上、下端面上，防止螺母松动。建议拉紧螺杆以公称力的1%～5%倍在装配时进行预紧。

参考文献：

[1]何德誉.曲柄压力机[M].北京：机械工业出版社，1951：166-181.

[2]刘国庆，杨庆东.ANSYS工程应用教程（机械篇）[M].北京：中国铁道出版社，2003：60-105.

[3]詹俊勇，仲太生，高建和.闭式压力机组合机身数值模拟与试验研究[J].锻压装备与制造技术，2014，49（4）：13-17.

作者:范如明 李恒 吉桂生 唐正东 单位:江苏扬力铸锻有限公司