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  鍛壓設(shè)備是制造業(yè)領(lǐng)域類重要的加工裝備，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、工程機(jī)械和石油化工等行業(yè)M.有數(shù)據(jù)表明，在全球范圍主要生產(chǎn)機(jī)床的企業(yè)中，鍛壓設(shè)備的產(chǎn)值占各類機(jī)床產(chǎn)值的30%左右，并且個(gè)國(guó)家鍛壓機(jī)械行業(yè)的好壞也間接表明該國(guó)制造業(yè)的發(fā)展水平。H目前，我國(guó)制造業(yè)整體穩(wěn)步發(fā)展，逐漸向前，帶動(dòng)鍛壓機(jī)械的快速發(fā)展，但我國(guó)還不是鍛壓強(qiáng)國(guó)。加快鍛壓機(jī)械行業(yè)發(fā)展，順應(yīng)市場(chǎng)需求，同時(shí)對(duì)加快我國(guó)裝備制造業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)以工業(yè)、國(guó)防和航空航天為代表行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，提高綜合國(guó)力具有重要意義。4壓力機(jī)機(jī)身強(qiáng)度和剛度的大小對(duì)壓力機(jī)性能影響很大，理論計(jì)算時(shí)僅單獨(dú)校核機(jī)身每個(gè)零件的強(qiáng)度和剛度，并且往往只選取些潛在危險(xiǎn)的截面進(jìn)行校核。S為彌補(bǔ)理論計(jì)算的不足，采用Abaqus有限元分析軟件對(duì)壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行整體有限元靜力學(xué)分析，求解機(jī)身最大工作載荷時(shí)強(qiáng)度和剛度大小，得到壓力機(jī)機(jī)身整體應(yīng)力分布，找出應(yīng)力最大位置，為壓力機(jī)進(jìn)步設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供。

  臥式壓力機(jī)機(jī)身建模1.臥式壓力機(jī)機(jī)身三維實(shí)體建模采用Pro/ENGINEER4.0建立機(jī)身的幾何模型，在建模過程中，考慮到下一步有限元分析的需要，忽略模型中的倒角以及小的螺紋孔等對(duì)整體力學(xué)分析影響較小的幾何細(xì)節(jié)，建立機(jī)身的幾何模型，表1機(jī)身材料的參數(shù)表2網(wǎng)格劃分結(jié)果零件單元數(shù)/個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)/個(gè)基本單元尺寸/mm梁16061527613060左右立柱17 6913436380工作臺(tái)198073529170墊板314365134360注：梁芯軸孔處細(xì)化的單元尺寸為30mm.表3單元畸變度與網(wǎng)格質(zhì)量關(guān)系單元畸變度單元質(zhì)量0-0.25優(yōu)秀0.25 1.2有限元模型建立機(jī)身的橫梁、立柱和底座材料為灰鑄鐵HT200，墊板為球墨鑄鐵QT5007.0機(jī)身材料屬性見表1.將HT200賦到橫梁、立柱和底座，QT5007賦到墊板，材料屬性設(shè)置完成。

  對(duì)于各部件之間的接觸關(guān)系，如機(jī)身的橫梁與立柱、立柱與工作臺(tái)以及墊板與工作臺(tái)等通過螺栓或螺釘固定的，有5個(gè)接觸對(duì)。正常工作下，面與面不脫離，也不滑移，所以用綁定處理，5個(gè)接觸對(duì)均選擇為tie. Abaqus中處理接觸關(guān)系的算法有拉格朗日乘子法、罰函數(shù)法、增廣拉格朗日法和MPC多點(diǎn)約束算法等。其中，MPC多點(diǎn)約束算法通過約束方程在接觸面上保證協(xié)調(diào)，可以解決不協(xié)調(diào)網(wǎng)格之間的連接問題，因此，機(jī)身零件接觸關(guān)系采用MPC算法的tie類型。

  機(jī)身是一個(gè)裝配體，橫梁與立柱、立柱與工作臺(tái)的作用通過面接觸關(guān)系傳遞，且橫梁、立柱和工作臺(tái)均屬于壁厚較大的箱體結(jié)構(gòu)，劃分為10節(jié)點(diǎn)四面體單元C3D10網(wǎng)格，橫梁的芯軸孔是關(guān)鍵的受力部位，對(duì)孔的表面進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化。08同一幾何體六面體劃分方法比四面體劃分方法網(wǎng)格單元少，節(jié)點(diǎn)數(shù)少半。墊板具備規(guī)則的形狀，劃分為20節(jié)點(diǎn)的六面體單元C3D20網(wǎng)格。

  設(shè)定各零件的網(wǎng)格單元尺寸，劃分網(wǎng)格，建立有限元模型，網(wǎng)格劃分結(jié)果見表2，機(jī)身有限元模型見。

  機(jī)身網(wǎng)格劃分質(zhì)量的好壞對(duì)機(jī)身分析結(jié)果影響較大。對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行檢查，單元畸變度是用來檢查網(wǎng)格單元質(zhì)量的度量，其大小在0~1之間。機(jī)身網(wǎng)格的單元平均畸變度為0.27，參照單元畸變度與單元質(zhì)量的關(guān)系（見表3），可知此次單元?jiǎng)澐仲|(zhì)量很好，有限元模型成功建立。

  1.3施加約束和載荷給機(jī)身工作臺(tái)與地基接觸的面施加約束，約束自由度為6個(gè)；給4個(gè)地腳螺栓孔施加約束，約束孔的法向自由度。壓力機(jī)滑塊到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)達(dá)到承受最大載荷的狀態(tài)，給芯軸孔施加豎直向上的軸承載荷，大小為4 000kN；給墊板上表面施加垂直向下的載荷，大小為4000kN；施加重力加速度大小為9806.6mm/s2.機(jī)身為組合件，通過拉緊螺栓的預(yù)緊力拉緊，因此要施加預(yù)緊力。Abaqus中高強(qiáng)度螺栓預(yù)緊力的施加主要通過直接加載法、螺栓載荷法和預(yù)應(yīng)力場(chǎng)法等實(shí)現(xiàn)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，采用等效力法，即在機(jī)身與拉緊螺栓4對(duì)接觸面施加4對(duì)預(yù)緊力，預(yù)緊因數(shù)為1.5，每對(duì)大小為機(jī)身的電機(jī)質(zhì)量、傳動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量等載荷予以忽略。至此，所有載荷和約束施加完成。

  2機(jī)身有限元靜力學(xué)分析載荷。

  分析機(jī)身的受力特點(diǎn)，對(duì)機(jī)身進(jìn)行簡(jiǎn)化。

  機(jī)身實(shí)體建模時(shí)，忽略對(duì)機(jī)身有限元分析結(jié)果影響不大的小孔、倒角等特征。

  忽略傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等零件的質(zhì)量對(duì)機(jī)身的影響。

  機(jī)身的工作臺(tái)底面與地面基礎(chǔ)接觸部分進(jìn)行完全約束。

  機(jī)身的載荷僅考慮壓力機(jī)最大負(fù)荷時(shí)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)身的主要作用力和機(jī)身預(yù)緊力、自身重力等；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)身的主要作用力包括作用于芯軸孔的向上的公稱力和對(duì)工作臺(tái)墊板的向下的公稱力。

  由可知，應(yīng)力主要集中在芯軸孔上部、橫梁靠近拉緊螺栓處、底座靠近拉緊螺栓處和工作臺(tái)墊板中心等。芯軸孔的上部最大應(yīng)力達(dá)到28. MPa，受力形式為壓應(yīng)力。橫梁拉緊螺栓處與螺母接觸面的最大壓應(yīng)力超過20MPa，橫梁中間截面最上端受到的拉應(yīng)力與最下端受到的壓應(yīng)力為5.1949~7.7896MPa，均未超過橫梁的許用拉應(yīng)力40MPa與許用壓應(yīng)力60MPa.橫梁靠近拉緊螺栓處的應(yīng)力為10.384~12.979MPa，小于許用剪應(yīng)力。立柱的后部出現(xiàn)最大壓應(yīng)力約為10MPa，小于許用壓應(yīng)力60MPa.工作臺(tái)靠近支座的地方出現(xiàn)的最大應(yīng)力為剪應(yīng)力，大小為15 ~18MPa，小于許用剪應(yīng)力30MPa.機(jī)身的變形云圖見，可知，機(jī)身最大變形發(fā)生在橫梁后部上端0.28266mm處。工作臺(tái)的撓度約為0.125mm，墊板中心變形約為0.由上述計(jì)算可知，墊板的撓度約為0.立柱的最大變形量約為0.165mm，橫梁的最大變形為0.28266mm，則橫梁的撓度為0.282 3結(jié)論結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度滿足許用條件，橫梁芯軸孔處出現(xiàn)最大壓應(yīng)力，橫梁與工作臺(tái)靠近拉緊螺栓處會(huì)出現(xiàn)較大剪應(yīng)力。

  壓力機(jī)機(jī)身整體剛度滿足許用條件，機(jī)身最大變形發(fā)生在橫梁后部上端。

  將Pro/ENGINEER與Abaqus結(jié)合使用，對(duì)壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行三維實(shí)體建模和有限元建模，使工作量大為減少。對(duì)壓力機(jī)機(jī)身模型進(jìn)行有效網(wǎng)格劃分和約束，使有限元分析取得良好效果。