模鍛壓力機機身結構與剛度分析

范如明，李 恒，吉桂生，唐正東

（江蘇揚力鑄鍛有限公司，江蘇 揚州 225107）

模鍛壓力機機身結構與剛度分析

范如明，李 恒，吉桂生，唐正東

（江蘇揚力鑄鍛有限公司，江蘇 揚州 225107）

針對模鍛壓力機整體機身結構，通過三維建模軟件建立1600t模鍛壓力機機身分析模型，并導入ANSYS有限元計算軟件進行仿真分析。對機身及拉緊螺桿的幾種狀態進行分析計算和對比，獲得了最為合理的結構形式。

模鍛壓力機；整體機身；結構；剛度；預緊力

模鍛壓力機采用的機身結構形式主要有整體式和分體式兩大類。一般地，1000t（含）以上機床均采用分體式結構，機身由橫梁、立柱、底座組合而成，用四根拉緊螺栓預緊，預緊力取值范圍一般是公稱力的1.4～2.0倍之間。

模鍛壓力機通常采用偏心軸橫向布置，且主軸孔在機身的左、右立柱上。因為預緊力的關系，機身上的主軸孔會產生橫長豎短的橢圓化變形，因此在機身加工工藝設計時，需要先將機身預緊到一定值，再行加工。后期在用戶二次裝配時，仍要按預緊定值還原主機生產工廠的參數，實現剛度、精度的最佳狀態。

一般地，拉緊螺栓、螺母會突出在機身的上、下端面之外，這給加工、裝配帶來一些難度。隨著國內加工、起吊、運輸、裝載設備的重型化以及道路的現代化，國內的模鍛壓力機由整體式結構向大噸位演化的趨勢。我公司試制生產的1600t模鍛壓力機就是采用了整體式結構。

整體式結構的模鍛壓力機需不需要拉緊螺栓？需不需要預緊？預緊力多少？本文列舉了三種工況，通過三維建模，并導入ANSYS有限元計算分析，分析內容主要為應力分析和變形分析，并對分析結果進行比較，最終得出了結論。

1 確定參數和分析工況

模鍛壓力機機身參數如表1所示。

模鍛壓力機機身分析工況如表2所示。

表1 模鍛壓力機機身基本參數

表2 模鍛壓力機機身分析情況

2 機身有限元計算

2.1 工況一：無拉桿，加載機床公稱力

2.1.1 機身實體模型

模鍛壓力機機身實體ANSYS模型如圖1所示，機身網格模型如圖2所示。

圖1 模鍛壓力機機身ANSYS實體模型

邊界條件的處理：①機身在工作時承受兩個方向相反、大小相等的載荷，一個作用在偏心軸支撐孔上，方向朝上；另一個作用在工作臺上，方向向下。偏心軸安裝孔上的作用力和工作臺上的載荷分別以均布面載荷的形式作用于機身上，載荷大小為1600t；②認為地基為剛性固定平面，模鍛底座與地基相連的部分6自由度全約束。

機身加載示意圖如圖3所示。

圖2 模鍛壓力機機身ANSYS網格模型

圖3 模鍛壓力機機身ANSYS加載示意圖

2.1.2 機身靜態特性分析

如圖4所示，機身最大變形為0.463mm，發生在機身頂部。

經過一番努力，陳妍曬出首聯，雖未能標準，但我和親友們都豎起大拇指，大加贊賞，并幫助修改，以此點燃成功的火花。終于，孩子們信心得以激發，陸陸續續憋出對聯，先后曬在群里。修改如下。

如圖5所示，機身最大應力為74.94MPa，整體應力在50MPa以內。

2.2 工況二：裝拉桿，只加載機床公稱力

2.2.1 機身實體模型

機身實體ANSYS模型如圖6所示，機身網格模型如圖7所示。

圖4 機身整體變形圖

圖5 機身應力圖

圖6 模鍛壓力機機身ANSYS實體模型

邊界條件的處理：①機身在工作時承受兩個方向相反、大小相等的載荷，一個作用在偏心軸支撐孔上，方向朝上；另一個作用在工作臺上，方向向下。偏心軸安裝孔上的作用力和工作臺上的載荷分別以均布面載荷的形式作用于機身上，載荷大小為1600t；不加載預緊力。②認為地基為剛性固定平面，模鍛底座與地基相連的部分6自由度全約束。

2.2.2 機身靜態特性分析

圖7 模鍛壓力機機身ANSYS網格模型

如圖8所示，機身最大變形為0.378mm，最大變形發生在機身頂部。

如圖9所示，機身最大應力為80.34MPa，整體應力在54MPa以內。

圖8 機身整體變形圖

圖9 機身應力圖

2.3 工況五：加載100%公稱力的預緊力+公稱力

2.3.1 機身實體模型

機身實體ANSYS模型如圖10所示，機身網格模型如圖11所示。

圖10 模鍛壓力機機身ANSYS實體模型

圖11 模鍛壓力機機身ANSYS網格模型

邊界條件的處理：①機身在工作時承受兩個方向相反、大小相等的載荷，一個作用在偏心軸支撐孔上，方向朝上；另一個作用在工作臺上，方向向下。偏心軸安裝孔上的作用力和工作臺上的載荷分別以均布面載荷的形式作用于機身上，載荷大小為1600t；預緊力加載100%公稱力。②認為地基為剛性固定平面，模鍛底座與地基相連的部分6自由度全約束。

2.3.2 機身靜態特性分析

如圖12所示，機身最大變形為0.520mm，發生在機身頂部拉緊螺母處。

圖12 機身整體變形圖

如圖13所示，機身最大應力為105.54MPa，整體應力在70MPa以內。

如圖14所示，拉桿最大應力為130.65MPa，整體應力在87MPa以內。

圖13 機身應力圖

圖14 拉桿應力圖

3 分析

對模鍛壓力機機身進行有限元分析，分析結果如表3所示。

表3 機身分析結果對比表

4 結論

（1）拉緊螺桿對底座的剛性沒有加強作用，僅對立柱的剛性有提升。

（2）預緊力對機身整體剛度并無大的改善，反而會增加拉緊螺桿內部和機身的綜合應力。

為了適應模鍛壓力機的振動工作狀況，旋緊拉緊螺母，使其無縫貼合在機身上、下端面上，防止螺母松動。建議拉緊螺桿以公稱力的1%～5%倍在裝配時進行預緊。

[1]何德譽.曲柄壓力機[M].北京：機械工業出版社，1951：166－181.

[2]劉國慶，楊慶東.ANSYS工程應用教程（機械篇）[M].北京：中國鐵道出版社，2003：60－105.

[3]詹俊勇，仲太生，高建和.閉式壓力機組合機身數值模擬與試驗研究[J].鍛壓裝備與制造技術，2014，49（4）：13－17.

Structure and stiffness analysis of frame for die forging press

FAN Ruming,LI Heng,JI Guisheng,TANG Zhengdong
（Jiangsu Yangli Casting and Forging Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China）

Aiming at the integrated frame of the die forging press,the analysis model has been established to the 1600t die forging press by use of 3D modeling software.ANSYS finite element calculation software has been led to conduct simulation analysis.Some status of frame and tie bolt have been analyzed,calculated and compared.Finally,the most reasonable structure has been obtained.

Die forging press;Integrated frame;Structure;Stiffness;Pre-tightening force

TG315.5

B

10.16316/j.issn.1672－0121.2016.04.006

1672－0121（2016）04－0019－04

2016－03－24；

2016－05－11

范如明（1977－），男，工程師，從事機械壓力機設計研究。E－mail：ylbzh＠yangli.com