焊縫對壓力機強度的影響分析

王軍領，仲太生，董 凱，詹俊勇，羅素萍

（揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225127）

焊縫對壓力機強度的影響分析

王軍領，仲太生，董 凱，詹俊勇，羅素萍

（揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225127）

為了分析焊縫對機身強度和剛度的影響，首先建立壓力機的三維和有限元模型，研究中忽略焊縫內部材質和焊接質量的影響，并對筋板和機身主板進行模型處理。觀察對比焊縫寬度不同的情況下，機身強度和剛度值變化，總結筋板焊縫與相應坡口大小相適合的數據，最后對比分析了考慮焊縫和不考慮焊縫對機身和筋板影響的差異，為壓力機設計時筋板焊縫寬度的選擇提供一定依據。

壓力機；筋板；焊縫；應力；變形量

開式壓力機沖壓力通過滑塊傳遞給連桿和曲軸，最終需要機身來承受，因此機身強度和剛度是衡量壓力機性能的一個重要指標，對整機精度和壓機使用壽命具有非常重要的作用。開式壓力機機身主要采用鋼板焊接，其中左右兩側機身性能對機身強度和剛度影響最為明顯，因此為了增加機身剛度，通常在左右兩側機身鋼板內側焊接筋板，而筋板往往通過焊接焊縫來傳遞筋板與機身主板的力。本文以800kN開式壓力機為研究對象，基于ANSYS分析筋板通過焊縫對機身整體剛度和強度的影響[1]。

1 機身有限元建模

1.1 基于ANSYS的機身筋板模型建立

如圖1所示，利用ANSYS軟件建立機身三維有限元模型，通過80t沖壓力的換算，工件對機身工作臺板的載荷 Pa，曲軸對前支撐孔的載荷Pa，曲軸對后支撐孔的載荷Pa[2]。

圖1 機身模型與載荷

筋板與機身通過焊縫連接，焊縫如圖2所示，為了分析不同寬度的焊縫對機身和筋板的影響，特選取焊縫尺寸規格如表1所示。

圖2 筋板和機身焊接處

1.2 分析位置

在機身和筋板的接觸面上選取四個參考路徑A1-A2、B1-B2、C1-C2、D1-D2，如圖 3 所示，通過分析各路徑下的應力與變形值，以反應對比焊縫寬度對機身和筋板的影響，參考路徑如圖4所示。

2 結果與分析

2.1 機身筋板應力應變結果

對比分析不同焊縫寬度B條件下機身、筋板和四個參考路徑的最大應力如表2所示，最大變形量如表3所示。

將由表2中的數據繪制成圖表，如圖5和6所示。

隨著焊縫寬度的增加，機身的最大應力隨之減小，筋板成波動狀態，說明筋板對整體機身應力改善是有一定作用的，而對筋板的研究還需要進一步的實驗驗證。

表1 焊縫尺寸規格

圖3 筋板對應參考路徑

圖4 機身對應參考路徑

表2 不同焊縫寬度下的機身、筋板及各路徑的最大應力

將由表3中的數據繪制成圖表，如圖7和8所示。

圖5 焊縫對機身應力的影響

圖6 焊縫對筋板整體應力的影響

表3 不同焊縫寬度下的機身、筋板及各路徑的最大變形量

由圖7、8可知，隨著焊縫寬度的增加，機身與筋板的變形量隨之減小，通過其他路徑的分析，也可以驗證這一趨勢，說明筋板對機身精度的影響是比較明顯的，同時焊縫對機身的影響也是比較明顯的，焊縫的寬度直接影響筋板作用的大小[3]。

2.2 焊縫對強度剛度的影響

為對比不同寬度的焊縫與不考慮焊縫對應力影響的差異，用相對應力δ應力表示，其計算公式：

根據公式（1）計算得到不同焊縫寬度下的相對應力，如表4所示。

圖7 焊縫對機身形變量的影響

圖8 焊縫對筋板整體變形量的影響

為對比不同寬度的焊縫與不考慮焊縫對變形影響的差異，用相對變形δ應力表示，其計算公式：

根據公式（2）計算得到不同焊縫寬度下的相對變形，如表5所示。

由表4可知，隨著焊縫寬度的增加，機身的相對應力隨之增大，筋板的相對應力隨之減小。由表5可知，隨著焊縫寬度的增加，機身和筋板的相對變形均隨之減小[4]。

3 結語

從以上的有限元分析結果中可得出以下結論：

（1）隨著焊縫寬度的增加，機身總體的最大應力、變形量逐漸減小，對筋板path路徑上的應力、變形量以及對筋板總體變形量的影響也有同樣趨勢，但是焊縫寬度和筋板整體的最大應力沒有明顯的單調關系，此處還需要做更細致的實驗工作[5]。

表4 不同焊縫寬度下的相對應力

表5 不同焊縫寬度下的相對變形

（2）壓力機在工作過程中，機身變形量對壓力機的精度起到關鍵作用。在設計過程中考慮機身與筋板間焊縫的尺寸對機身以及筋板變形量的影響非常有必要，當筋板與機身間的焊縫的寬度大于60mm時，隨著焊縫尺寸的增加，機身和筋板的變形量不會有太明顯的下降；而當焊縫寬度在30mm～60mm之間時，隨著焊縫尺寸的增加，機身和筋板的變形量下降明顯。這意味著，在加工時選擇一個適中的焊縫寬度，既可以保證一定的機身工作精度，又能節省一定的成本[6]。

[1]郭修安，陳 晨，王軍領.坡口軌跡控制[J].機械工程與自動化，2016，（6）：201-202.

[2]王軍領，鄭 翔，吳 煥.圓柱滾子軸承動靜態有限元分析[J].揚州大學學報：自然科學版，2012，（2）：43-46.

[3]王軍領，詹俊勇，仲太生，等.組合式大型壓力機橫梁強度剛度分析[J].鍛壓裝備與制造技術，2014，49（6）：26-29.

[4]王軍領，詹俊勇，仲太生.高速壓力機齒輪嚙合強度分析[J].機械工程與自動化，2015，50（3）：96-97.

[5]王軍領，鄭 翔，姚菁琳.高速壓力機機身減振的研究[J].制造技術與機床，2013，（9）：72-76.

[6]王軍領，詹俊勇，仲太生.傳動間隙對高速壓力機下死點重復精度影響分析與測試[J].鍛壓裝備與制造技術，2013，48（3）：19-22.

Influence analysis of welding seam to the strength of press

WANG Junling,ZHONG Taisheng,DONG Kai,ZHAN Junyong,LUO Suping
（Jiangsu Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China）

In order to analyze the influence of welding seamto the strength and stiffness of the frame,the three-dimensional and finite element models of the press have been established.In order to study the influence of welding seam,the influence of welding seam inside material and welding quality has been neglected.The model processing has been conducted to the stiffened plate and the main board.By observing and contrasting the changes of the strength and stiffness of the frame with different width of the welding seam,the corresponding size of bevel welding seam which matches the stiffened plate has been summarized.The influence difference to the frame and stiffened plate between considering the welding seam and non-considering the welding seam has been finally contrasted and analyzed.It provides reference for selection of welding seam width for stiffened plate during design process.

Press;Stiffened plate;Welding seam;Stress;Deformation

TG315.5

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.03.013

1672-0121（2017）03-0052-03

2016-12-15；

2017-02-06

王軍領（1985-），男，碩士，工程師，從事機械結構自動化設計等研究。E-mail：w756251@163.com