预应力钢丝缠绕“正交预紧机架”在重型多向模锻压机上的应用.pdfVIP

第51卷第1期 锻压装备与制造技术 2016年 2月 Vo1．51No．1 CHINAMETALFORMINGEQUIPMENT＆MANUFACTURINGTECHNOLOGY Feb．2016 预应力钢丝缠绕 “正交预紧机架在重型多向 模锻压机上的应用 王文杰，林 峰，张 磊，王 欣 (清华大学 机械工程系 先进成形制造教育部重点实验室，北京 100084) 摘要：针对重型多向模锻液压机结构设计中存在结构独立性与力学独立性矛盾的问题，提出基于预应力钢丝缠绕技术的多向模 锻 “正交预紧机架”结构。40MN多向模锻液压机是世界上第一台采用 “正交预紧机架”结构的多向模锻液压机。本文以40MN多向 模锻液压机为研究对象，运用ABAQUS有限元商业软件对 “正交预紧机架”进行有限元分析，并结合 “正交预紧机架’’的缠绕施工 与工艺试验，研究其在预紧状态、工作状态与合成状态时的受力与变形状况。结果证明：“正交预紧机架”结构具有刚度大、整体性 好等优点，能够满足重型压机设计要求，为液压机结构设计与优化提供 了重要参考价值。 关键词：液压机；正交预紧机架；预应力；有限元分析；多向模锻 中图分类号：TG315．4 文献标识码：A DoI：10．16316／j．issn．1672—0121．2016．01．001 文章编号：1672—0121(2016)01—0007—06 多向模锻又称多柱塞模锻，是一种精密优质、绿 1预应力钢丝缠绕 “正交预紧机架”结构 色环保的锻造技术，它综合了模锻和挤压的优点，克 服了模锻锤及其他老式锻压设备加工的局限性和生 重型多向模锻液压机承载机架主要形式是独立 产、劳动条件差等一系列弱点；改变了一般锻件敷料 水平机架和整体机架，如图1所示。 大 、余量大、公差大的状况，可加工出其他锻压方式 如图 1a所示，独立水平机架的结构形式是垂直 无法或较难生产的形状复杂的锻伴 ”。多向模锻零件 载荷 和水平载荷 分别有两个互不干涉的机架 具有金属流线连续，锻件机械性能高；材料在强烈压 承受，垂直机架承受 应力作用下变形，塑性提高，有利于锻造温度范围窄 垂直方向的一对压 的难变形合金成形 ；材料变形均匀，组织致密、性能 制反力，卧式水平机 一 致性好等一系列优点 ，是一种先进 、精密、节能、 架承受水平方向的 省材的绿色制造技术l314]。但世界上万吨以上的多向 一 对压制反力。如 模锻压机数量有限，主要是美国卡麦隆 (Cameron)公 图1b所示 ，整体机 司分 别于 1952年 、1961年 和 1967年建 造 的 架结构形式是垂直 IOOMN、180MN和 300MN三台多向模锻液压机 。 载荷 和水平载 目前 ，Cameron公司的300MN多向模锻液压机是世 荷 同时由一个 (a)独立水平机架 界最大吨位的多向模锻液压机。其根本原因在于重 承载结构承受 ， 型多向模锻压机的水平穿孔力或水平合模力对压机 机构可 以是预紧 横梁 水平机架的承载能力提出了更高要求，使压机的设 形式 (如钢丝缠 直油缸 梁 计与制造难度增大。 绕 、螺栓预紧等) 或者是非预紧形 作台 收稿 日期：2015—06