新型kN多向模锻液压机的有限元分析_精品文档.pdf

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精密成形丁程J（）URNAIOFNETSHAPEF0RMINGENGINEERING第3卷第4期2O11年7月新型6300kN多向模锻液压机的有限元分析张倩倩，王刚，薛克敏（合肥工业大学材料科学与_T程学院，合肥230009）摘要：

在研究6300kN多向模锻液压机结构特点的基础上，利用有限元模拟软件ANSYS中的参数化语言APDI对组合机架进行三维建模，分析机架在不同工况下的强度和刚度，从而获得机架的等效应力和变形量的分布规律。

关键词：

多向模锻；液压机；有限元分析；参数化中图分类号：

TG3154文献标识码：

A文章编号：

16746457（2011）04007204FiniteElementAnalysisfor6300kNMulti。

coredForgingHydraulicPressZHANGQianqian，WANGGang，XUEKein（SchoolofMaterialsScienceandEngineering。

HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China）Abstract：

Onthebasisofstudyingthestructuralcharacteristicsofthe6300kNdieforginghydraulicpress，the3IFEMparameterizedmodeloftheframeisestablishedbyusingtheANSYSParametricDesignLanguage（APDI），andstrucluralanalysisismadeThestressanddisplacementdistributionoftheframeunderstaticloadaredisclosuredKeywords：

multicoredforging；hydraulicpress；finiteelementanalysis；parameterization由于多向模锻工艺的优越性，从而使多向模锻液压机的数量不断的增加，因此模锻液压机的制造能力和水平已成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志。

文中的600kN液压机针对枪匣模锻工艺设计研发制造，为双动金属挤压机。

该液压机机身为组合框架式钢板焊接与预应力组合结构，该液压机的实物如图1所示。

有限元模型的建立1I实体模型的建立该液压机的模型较为复杂，建模过程中在不影响机架应力应变计算精度条件下，对某些细微结构，一l1YH39630A掖矗lFig1YH39630Ahydraulicpress进行简化。

采用Ansys中的实体自底向上建模方法，利用参数化语言APDI将液压机的各个尺寸参数化，最终建立液压机的实体模型。

实体模型如图2所示。

收稿日期：

2O11一O2一l3作者简介：

张倩倩（1984一），女，山东泰安人，硕士生，主要研究方向为精密成形及仿真。

第3卷第4期张倩倩等：

新型6300kN多向模锻液压机的有限元分析图2机架的实体模型Fig2Modeloftheframe12单元划分与材料的选取网格的划分是建立有限元模型的一个重要环节，所划分的单元形式对计算精度及计算规模将产生直接影响。

机架各部分由厚度不同的板材组成，若采用板、单元对其进行网格划分，需设置大量的参数，将会增加计算规模，也会对计算结果的准确度产生影响。

由此对于液压机这种大型且结构较为复杂的模型，一般采用四面体单元进行划分网格。

机架各部分所用材料不同，拉杆和螺母材料为42CrMo，主机身和侧梁材料为Q235钢，主要力学性能参数见表1。

表1材料力学性能参数Table1Themechanicalpropertiesofthematerials13接触的设置为了让机架的应力应变情况更加符合实际，在主机身与侧梁，螺母与侧梁的接触表面上加上接触单元，拉杆和拉杆孔之间有间隙，不接触。

整个结构中，共设有8对接触对，采用面面接触，摩擦遵循库仑摩擦定律。

14螺栓预紧力的模拟拉杆和螺母利用预紧力将侧梁与主机身紧密结合，在Ansys中利用其提供的螺栓预紧单元Pretentionl79对预紧力进行模拟7。

根据实际生产中的情况，选取预紧系数为11。

15约束的施加在进行分析时，仅取模型的一半进行静力学分析，因此需要在对称面上施加对称约束。

主机身通过地脚螺栓与地基相连，地脚螺栓刚度视为无限大，将主机身底座进行全约束，并约束侧梁下底面的z向自由度，使其更加符合实际工作情况。

液压机的典型工况为预紧状态、工作状态与满载状态，文中将分别对预紧状态和满载状态进行模拟分析。

2预紧状态下模拟结果分析预紧状态是指利用拉杆将液压机机架各个分体结构组成整体的初始阶段。

此时，仅考虑液压机拉杆的预紧力，根据工厂中的实际情况和实际模拟结果选取预紧系数为11，定义每根拉杆上的预紧力一1100kN。

21应力分析文中采用VonMises应力作为评价标准，其表达式如式

（1）：

（1一2）+（2一）+（3m0-1）2口

（1）预紧状态下机身的等效应力如图3所示。

由于机架仅承受水平拉紧螺栓施加的预紧力，因此机身在水平方向上受压，侧梁与立柱有往里运动的趋势。

机架的等效应力分布比较均匀，大部分区域的应力在32426MPa左右。

最大等效应力为1456MPa，等效应力最大处在测梁与主机身接触的矩形面上，该处为应力集中区域。

在拉杆螺母与侧梁接触圆环面上应力也较大，整体上总体平均应力值小于6478MPa，远小于其许用应力160MPa。

22变形量分析由于该液压机用于金属模锻成形，取其整体机身许用变形量l-f-二0O02p（ram），其中户为液压机公称压力（t）。

该液压机的最大变形许用值为126mm_。

预紧状态下机架的变形量分布如图4所示，在精密成形程2O1年7月007】9684860397】34145665图3预紧状态下机架的等效应力分布Fig3Theequivalentstressdistributionofframewithprestress载荷后的有限元模型如图5所示。

图5机架的有限元模型Fig5TheFEmodelofframe预紧状态去掉拉杆的条件下，侧梁和立柱部分的变31应力分析0网4预紧状态下机架的变形量分布Fig4Displacementofframewithprestress形量较大，最大变形区在侧梁与拉杆螺母接触面上，最大值为0818mm，小于其许用变形量值。

3满载状态下模拟结果分析在满载状态下，除了要考虑到预紧力之外，还要考虑到液压机满载时的载荷，主要有垂直工作载荷和水平工作载荷。

垂直工作载荷通过机架的上模、液压缸传递至上横梁，以液压机的夹紧公称力作为计算载荷，液压缸对上横梁的反作用力6300kN以均布面力的形式作用在上横梁底面中心的+756+8201Tim的圆环面上，平均压力为7957MPa；垂直工作载荷6300kN通过下模传递至下横梁的工作台面上，以均布面力的形式作用在工作台的矩形面上，平均压力为5905MPa。

水平工作载荷4000kN以均布面力的形式作用在侧梁中心+305+660mm的圆环面上，平均压力为8024MPa。

其施加满载状态下机身的等效应力如图6所示，此时液压机除了承受预紧力之外还承受水平载荷和垂直载荷，因此除了水平方向上的变形外，还有垂直方向上横梁向上变形的趋势，而工作台有向下运动的趋势。

此时机身的整体等效应力状态较预紧状态时发生了明显变化，机身整体应力在49665MPa左有。

0025l90205038050755707图6满载状态下机架的等效应力Fig6Theequivalentstressdistributionofframeunderfullloadcondition32变形量分析满载状态下整体位移分布如图7所示，为去掉拉杆后机身的变形量图，在主机身的上横梁底面以及侧梁与拉杆螺母接触的区域变形量较大，在0685mm左右。

从图7中可知，最大变形量位于侧梁的转角处，由于该处位于拉杆和侧梁接触的圆环面上，应力较为集中，且该处为直角，因此变形较大，最大值为0756mm。

第3卷第4期张倩倩等：

新型63OOkN多向