1、裝備EQUIPMENT文章編號(hào)：16720121(2010)06002404四柱式多工位成形液壓機(jī)結(jié)構(gòu)分析范常榮，胡明杰（揚(yáng)州捷邁鍛壓機(jī)械有限公司，江蘇揚(yáng)州225127）摘要：運(yùn)用SolidWorks軟件對(duì)四柱式多工位成形液壓機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維實(shí)體建模，運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)其在滿公稱力狀態(tài)下，偏載和非偏載兩種工況下的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，獲得了結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形分析。關(guān)鍵詞：機(jī)械制造；結(jié)構(gòu)；液壓機(jī)；有限元分析中圖分類號(hào)：TH1231引言隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，液壓機(jī)的需求量增勢(shì)迅猛，且品種越來(lái)越多，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，尤其是結(jié)構(gòu)緊湊機(jī)型得到更多的需求。對(duì)于這些特殊結(jié)構(gòu)的液壓機(jī)，雖然噸位

2、不大，但結(jié)構(gòu)計(jì)算較為復(fù)雜，如果采用傳統(tǒng)的力學(xué)計(jì)算，不僅公式繁雜，且需要大量簡(jiǎn)化，計(jì)算結(jié)果往往也只能找出一些理論危險(xiǎn)點(diǎn)，對(duì)于一些應(yīng)力集中的區(qū)域很難準(zhǔn)確確定13。為此，本文采用有限元分析方法，對(duì)公司曾經(jīng)生），進(jìn)行了分產(chǎn)過的四柱式多工位成形液壓機(jī)（圖1析，分析其在滿公稱力狀態(tài)下，偏載和非偏載下的應(yīng)力和變形情況，并對(duì)分析過程中的簡(jiǎn)化所造成的誤差進(jìn)行了說(shuō)明。1.驅(qū)動(dòng)液壓缸機(jī)構(gòu)圖2機(jī)身主要零部件3.復(fù)位液壓缸4.同步7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B1234562.上橫梁置，以便進(jìn)行后續(xù)的卸料和送料工作；同步機(jī)構(gòu)作用是使滑塊與上橫梁在偏載的條件下始終保持垂直的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以減小滑塊與導(dǎo)柱間的作用力；上橫梁、下橫梁與導(dǎo)柱間通過

3、軸肩及螺母裝配為一體。主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。表1技術(shù)參數(shù)長(zhǎng)/mm寬/mm高/mm公稱力/kN滑塊行程/mm工作速度/mm/s626014004235200032025圖1四柱式多工位成形液壓機(jī)3公稱力載荷下的受力和變形分析分析液壓機(jī)機(jī)身在公稱力載荷下、非偏載狀態(tài)22010年第6期液壓機(jī)模型分析液壓機(jī)的主要部件如圖2所示，驅(qū)動(dòng)液壓缸與下的機(jī)身強(qiáng)度和剛度。采用SolidWorks進(jìn)行實(shí)體建模，運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析。3.1前處理（1）模型簡(jiǎn)化液壓機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，若考慮所有因素的影響，復(fù)位液壓缸均為單程液壓缸，前者用于提供液壓機(jī)工作過程中的動(dòng)力，后者用于將滑塊復(fù)位到上限位收稿日期：201

4、0-10-25作者簡(jiǎn)介：范常榮，男，揚(yáng)州捷邁公司總經(jīng)理，從事鍛壓設(shè)備研發(fā)、制造、管理等工作必將增加布爾運(yùn)算及網(wǎng)格劃分難度，降低計(jì)算效率。本次分析對(duì)模型進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化內(nèi)容如下4：忽略一些小孔及倒角的影響；盡量避免出現(xiàn)較24EQUIPMENT小的面、線，以降低網(wǎng)格劃分難度；務(wù)必避免面上存在兩條相切曲線，該情況下無(wú)法進(jìn)行網(wǎng)格劃分；液壓機(jī)結(jié)構(gòu)前后對(duì)稱，在非偏載情況下載荷對(duì)稱，為減小計(jì)算量，選擇1/2結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析；導(dǎo)柱的下梁、導(dǎo)柱間兩端存在裝配預(yù)緊力，分析中將上梁、作焊接處理；同步機(jī)構(gòu)為多個(gè)桿件組成的多個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)（圖3），各運(yùn)動(dòng)副間可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，為減小非線性計(jì)算，將其焊接為一體。AACE

5、F圖3同步機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)3.中軸銷4.長(zhǎng)桿CBDEDFB圖4分析模型4123面載荷約束面對(duì)稱約束面裝備接觸對(duì)小于70MPa，因此，不需對(duì)其進(jìn)行細(xì)致分析；后者由于導(dǎo)柱的變形引起，實(shí)際生產(chǎn)中該應(yīng)力集中現(xiàn)象肯定存在。圖6為該區(qū)域應(yīng)力的剖視圖，由圖可以看出，最大應(yīng)力值位于滑塊下端接觸區(qū)域，約170MPa左右。圖7的位移云圖不能準(zhǔn)確的看出上、下梁的變形情況，因此，筆者在分析模型上創(chuàng)建了3條路徑，路徑起點(diǎn)在左端，終點(diǎn)在右端。通過路徑觀察上梁、滑塊、下梁在豎直方向的位移情況，路徑位置如圖8所示。（2）網(wǎng)格及材料屬性選用solid95單元進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，并對(duì)載荷施加面、接觸對(duì)創(chuàng)建面進(jìn)行細(xì)化；材料彈性模量取206G

6、Pa，泊松比選擇0.3。對(duì)于單元選擇，筆者曾做solid95、solid185單過一個(gè)簡(jiǎn)單試驗(yàn)，并與solid45、元的仿真比較，結(jié)果表明對(duì)于金屬體而言，solid95單元的仿真結(jié)果與實(shí)際值吻合最好。（3）接觸對(duì)創(chuàng)建本次分析僅對(duì)導(dǎo)柱與滑塊間進(jìn)行了接觸處理。采用軟件自帶的接觸向?qū)?chuàng)建接觸對(duì)2，接觸對(duì)位于滑塊圓孔的兩端部，以孔面作為目標(biāo)面，導(dǎo)柱面作為接觸面。（4）載荷及邊界條件施加載荷為施加于滑塊下表面、下橫梁上表面的均布面載荷，作用區(qū)域大小為滑塊下表面面積的2/3；液壓機(jī)與基礎(chǔ)間沒有地角螺栓固定，工作過程中左右兩端存在翹起現(xiàn)象，故約束施加在下橫梁下表面中心處的一個(gè)小矩形面，約束該面三個(gè)方向的自由

7、度；分析模型為1/2結(jié)構(gòu)，對(duì)稱面上施加對(duì)稱約束。具體模型見圖4所示。3.2分析結(jié)果圖5圖7為液壓機(jī)在非偏載公稱力載荷作用下的等效應(yīng)力云圖及位移云圖。通過圖5可以看出，液壓機(jī)上梁應(yīng)力值基本在30MPa40MPa范圍內(nèi)，下梁應(yīng)力值基本在20MPa30MPa；在驅(qū)動(dòng)液壓缸與上橫梁和滑塊作用處、滑塊與導(dǎo)柱接觸處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，前者由分析模型構(gòu)件間的焊接處理造成，實(shí)際生產(chǎn)中該應(yīng)力集中現(xiàn)象可能不存在，且應(yīng)力值圖5應(yīng)力云圖（060MPa）圖6剖視應(yīng)力云圖（0170MPa）圖7位移云圖252010年第6期裝備EQUIPMENT表2中的差值為最大位移與最小位移之差，該路徑1路徑2路徑3滑塊、下橫梁在非偏載、公

8、稱力載荷下值為上橫梁、的變形值，通過表2知，上橫梁變形值為1.48mm，下橫梁變形值為1.165mm，滑塊變形值為0.238mm。本次分析過程中將上梁、下梁、立柱焊接為一因此，表2中的絕體，沒有考慮立柱的預(yù)緊力作用5，對(duì)位移值與實(shí)際值相比存在一定的原始誤差偏移，圖8路徑創(chuàng)建位置但表中的差值為各構(gòu)件的自身變形，是準(zhǔn)確可信的。通過圖9圖11三條路徑曲線圖可知，在公稱力載荷作用下，三條路徑上節(jié)點(diǎn)在豎直方向的最大、最小位移值分別如表2所示。4偏載分析偏載分析主要分析液壓機(jī)左、右方向在公稱力載荷偏載下的應(yīng)力和變形情況。液壓機(jī)的同步機(jī)構(gòu)左右方向并不對(duì)稱，因此，本文分別進(jìn)行了左、右兩種偏載分析，公稱力載荷分

9、別施加于圖4所示模型工作區(qū)域的左半邊和右半邊。為了模擬上、下模具在偏載狀態(tài)下的變形情況，下梁上表面中心處建立建模過程中，在滑塊下表面、了一個(gè)很小延長(zhǎng)體，用于模擬實(shí)際生產(chǎn)中的模具，讀位移圖9路徑1節(jié)點(diǎn)豎直方向位移取上、下模具在偏載求解后的位移變化值之差，作為偏載力作用下模具間隙變化值。4.1左偏載分析結(jié)果公稱力載荷作圖12圖14為液壓機(jī)在左偏載、用下的等效應(yīng)力云圖及位移云圖。通過圖12可以看位移圖10路徑2上節(jié)點(diǎn)豎直方向位移圖12應(yīng)力云圖（075MPa）圖13位移圖112010年第6期應(yīng)力剖視云圖（0-170MPa）路徑3上節(jié)點(diǎn)豎直方向位移表2路徑節(jié)點(diǎn)位移值路徑31.139-0.026模具位移讀

10、取點(diǎn)1.165圖14位移云圖路徑1最大位移/mm最小位移/mm差值/mm26EQUIPMENT出，液壓機(jī)載荷施加側(cè)機(jī)身應(yīng)力值較大，最大值在60MPa以下，載荷施加側(cè)的驅(qū)動(dòng)液壓缸區(qū)域存在集中應(yīng)力現(xiàn)象，集中應(yīng)力值在75MPa左右。通過圖13可以看出，滑塊與導(dǎo)柱間的應(yīng)力集中主要在滑塊下端接觸處，載荷施加側(cè)與非載荷施加側(cè)的最大集中應(yīng)力值均在200MPa左右。按照?qǐng)D8所描述的路徑，在圖14上創(chuàng)建3條路3條路徑上節(jié)點(diǎn)在豎直方向的位移曲線分別如徑，圖15圖17所示。起點(diǎn)位移/mm終點(diǎn)位移/mm極值/mm裝備表3左偏載路徑上節(jié)點(diǎn)位移值2.266mm、0.953mm。梁的傾斜值分別為1.107mm、讀取圖14中

11、的標(biāo)注點(diǎn)在左右方向的位移值，其位移值分別為0.181mm、0.0454mm，即在左偏載力下模具間隙值變化了0.136mm。的作用下，上、4.2右偏載分析結(jié)果右偏載的應(yīng)力云圖和位移云圖與左偏載基本相似，對(duì)應(yīng)3條路徑上節(jié)點(diǎn)在豎直方向的位移曲線如圖18圖20所示。曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、極值點(diǎn)如表4所示。位移圖15路徑1節(jié)點(diǎn)豎直方向位移位移圖18路徑1節(jié)點(diǎn)豎直方向位移位移圖16路徑2節(jié)點(diǎn)豎直方向位移位移圖19路徑2節(jié)點(diǎn)豎直方向位移位移圖17路徑3節(jié)點(diǎn)豎直方向位移通過圖15圖17的曲線可以看出，三條路徑的曲線并不對(duì)稱，曲線的左、右端值的差別較大，其中圖15、圖17中的曲線上還存在極大值、極小值，說(shuō)明上梁、下

12、梁在偏載力的作用下發(fā)生了變形和傾斜，滑塊則主要是發(fā)生傾斜，三條曲線的端值、極值如表3所示。定義路徑上曲線的起始點(diǎn)與終止點(diǎn)的差值為對(duì)應(yīng)構(gòu)件在偏載力作用下的傾斜值，則上梁、滑塊、下位移圖20路徑3節(jié)點(diǎn)豎直方向位移2010年第6期以曲線起點(diǎn)和終點(diǎn)數(shù)值差作為加偏載后構(gòu)件的滑塊、下梁的傾斜量分別為-1.106傾斜量，則上梁、mm、-2.152mm、-0.95mm。27裝備EQUIPMENT文章編號(hào)：16720121(2010)06002803等溫鍛造液壓機(jī)的四角調(diào)平控制系統(tǒng)韓其義，張英男（山東力豐重型機(jī)床有限公司天津分公司，天津300134）摘要：介紹了等溫鍛造液壓機(jī)在等溫鍛造時(shí)的一種四角調(diào)平控制方案，

13、通過現(xiàn)場(chǎng)等溫鍛造驗(yàn)證，表明該設(shè)計(jì)方案在等溫鍛造的四角調(diào)平控制中是行之有效的。關(guān)鍵詞：機(jī)械制造；四角調(diào)平；等溫鍛造；液壓機(jī)中圖分類號(hào)：TG315.41引言帶四角調(diào)平系統(tǒng)的等溫鍛造液壓機(jī)，是我國(guó)發(fā)收稿日期：2010-09-07作者簡(jiǎn)介：韓其義（1961-），男，工程師，從事機(jī)械設(shè)計(jì)與自動(dòng)化文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B展新型航空航天高新技術(shù)工程中所需的重大設(shè)備，主要適用于航空高強(qiáng)度材料等溫超塑性成形新工藝。因被鍛材料塑性差，變形抗力大，變形速率要求嚴(yán)格，鍛造工藝復(fù)雜，因此，液壓機(jī)的設(shè)計(jì)制造都應(yīng)!表4右偏載路徑上節(jié)點(diǎn)位移值路徑1起點(diǎn)位移/mm終點(diǎn)位移/mm極值/mm偏載狀態(tài)下，機(jī)身應(yīng)力值在60MPa以下；滑塊與導(dǎo)柱

14、接觸區(qū)域最大應(yīng)力值在200MPa左右。左偏滑載力作用下模具間隙值變化了0.136mm，上梁、塊、下梁的傾斜值分別變化了1.107mm、2.266mm、0.953mm。右偏載力作用下模具間隙值變化了0.087mm，傾斜值分別為-1.106mm、-2.152mm、-0.95mm?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)塑性工程學(xué)會(huì)M鍛壓手冊(cè)北京:機(jī)械工業(yè)2007-10.出版社，右偏載狀態(tài)下，讀取圖14中標(biāo)注點(diǎn)左右方向的位移值分別為-0.133mm、-0.046mm，即在右偏載力的作用下，上、下模具間隙值變化了0.087mm。5結(jié)論通過有限元分析方法，獲得了結(jié)構(gòu)在公稱力載2劉相新，孟憲頤ANSYS基礎(chǔ)與應(yīng)用教

15、程M北京：科學(xué)出版社，2006.荷狀態(tài)下的應(yīng)力和位移云圖，進(jìn)而得出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中情況及變形情況。非偏載公稱力載荷作用下，液壓機(jī)機(jī)身應(yīng)力在30MPa40MPa范圍內(nèi)，滑塊與導(dǎo)柱接觸處的最大集中應(yīng)力值在170MPa左右。上橫梁、下橫梁、滑塊的1.165mm、0.238mm。變形值分別為1.48mm、3王尚斌，孫宇，張慶飛5000kN機(jī)械壓力機(jī)機(jī)身有限元分析J鍛壓技術(shù)，2009，（1）：119-123.4李月仙，元秀梅.基于ANSYS的注塑機(jī)前模板有限元分析J.機(jī)械工程及自動(dòng)化，2008，（2）：70-71.5王春寒在ANSYS軟件中高強(qiáng)度預(yù)緊力的施加方法J.四川建筑，2006，（2）:140-141.StructuralAnalysisofFour-columnMulti-stationFormingHydraulicPress2010年第6期FANChangrong，HUMingjie（YangzhouJFMMRIMetalformingMachineryCo.，Ltd.，Yangzhou225127，JiangsuChina）Abstract：The3Dsolidmodeloffour-columnmulti-stationforminghydraulicpresshasbeenestablishedbyuseofSolidWorkssoftw