預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞“正交預(yù)緊機(jī)架”在重型多向模鍛壓機(jī)上的應(yīng)用

王文杰，林 峰，張 磊，王 欣

（清華大學(xué) 機(jī)械工程系 先進(jìn)成形制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084）

預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞“正交預(yù)緊機(jī)架”在重型多向模鍛壓機(jī)上的應(yīng)用

王文杰，林 峰，張 磊，王 欣

（清華大學(xué) 機(jī)械工程系 先進(jìn)成形制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084）

針對(duì)重型多向模鍛液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在結(jié)構(gòu)獨(dú)立性與力學(xué)獨(dú)立性矛盾的問(wèn)題，提出基于預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞技術(shù)的多向模鍛“正交預(yù)緊機(jī)架”結(jié)構(gòu)。40MN多向模鍛液壓機(jī)是世界上第一臺(tái)采用“正交預(yù)緊機(jī)架”結(jié)構(gòu)的多向模鍛液壓機(jī)。本文以40MN多向模鍛液壓機(jī)為研究對(duì)象，運(yùn)用ABAQUS有限元商業(yè)軟件對(duì)“正交預(yù)緊機(jī)架”進(jìn)行有限元分析，并結(jié)合“正交預(yù)緊機(jī)架”的纏繞施工與工藝試驗(yàn)，研究其在預(yù)緊狀態(tài)、工作狀態(tài)與合成狀態(tài)時(shí)的受力與變形狀況。結(jié)果證明：“正交預(yù)緊機(jī)架”結(jié)構(gòu)具有剛度大、整體性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足重型壓機(jī)設(shè)計(jì)要求，為液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了重要參考價(jià)值。

液壓機(jī)；正交預(yù)緊機(jī)架；預(yù)應(yīng)力；有限元分析；多向模鍛

多向模鍛又稱(chēng)多柱塞模鍛，是一種精密優(yōu)質(zhì)、綠色環(huán)保的鍛造技術(shù)，它綜合了模鍛和擠壓的優(yōu)點(diǎn)，克服了模鍛錘及其他老式鍛壓設(shè)備加工的局限性和生產(chǎn)、勞動(dòng)條件差等一系列弱點(diǎn)；改變了一般鍛件敷料大、余量大、公差大的狀況，可加工出其他鍛壓方式無(wú)法或較難生產(chǎn)的形狀復(fù)雜的鍛件[1]。多向模鍛零件具有金屬流線連續(xù)，鍛件機(jī)械性能高；材料在強(qiáng)烈壓應(yīng)力作用下變形，塑性提高，有利于鍛造溫度范圍窄的難變形合金成形；材料變形均勻，組織致密、性能一致性好等一系列優(yōu)點(diǎn)[2]，是一種先進(jìn)、精密、節(jié)能、省材的綠色制造技術(shù)[3，4]。但世界上萬(wàn)噸以上的多向模鍛壓機(jī)數(shù)量有限，主要是美國(guó)卡麥?。–ameron）公司分別于 1952年、1961年和 1967年建造的100MN、180MN和300MN三臺(tái)多向模鍛液壓機(jī)[5，6]。目前，Cameron公司的300MN多向模鍛液壓機(jī)是世界最大噸位的多向模鍛液壓機(jī)。其根本原因在于重型多向模鍛壓機(jī)的水平穿孔力或水平合模力對(duì)壓機(jī)水平機(jī)架的承載能力提出了更高要求，使壓機(jī)的設(shè)計(jì)與制造難度增大。

1 預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞“正交預(yù)緊機(jī)架”結(jié)構(gòu)

重型多向模鍛液壓機(jī)承載機(jī)架主要形式是獨(dú)立水平機(jī)架和整體機(jī)架，如圖1所示。

圖1 重型多向模鍛壓機(jī)承載機(jī)架結(jié)構(gòu)形式

如圖1a所示，獨(dú)立水平機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式是垂直載荷Fv和水平載荷Fh分別有兩個(gè)互不干涉的機(jī)架承受，垂直機(jī)架承受垂直方向的一對(duì)壓制反力，臥式水平機(jī)架承受水平方向的一對(duì)壓制反力。如圖1b所示，整體機(jī)架結(jié)構(gòu)形式是垂直載荷Fv和水平載荷Fh同時(shí)由一個(gè)承載結(jié)構(gòu)承受，機(jī)構(gòu)可以是預(yù)緊形式（如鋼絲纏繞、螺栓預(yù)緊等）或者是非預(yù)緊形式，但預(yù)緊力只產(chǎn)生于單一主方向上，其他方向無(wú)預(yù)緊力。分析可知，獨(dú)立水平機(jī)架克服了承載時(shí)力學(xué)上的獨(dú)立，但機(jī)架結(jié)構(gòu)之間需要相互避讓?zhuān)斐山Y(jié)構(gòu)的相互干涉。整體機(jī)架克服了承載時(shí)結(jié)構(gòu)的不干涉，但機(jī)架受力復(fù)雜，造成力疊加，在機(jī)架的立柱根部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中（圖1b的A、B等處），力學(xué)上的獨(dú)立性無(wú)法保證，因此對(duì)機(jī)架所采用材料的強(qiáng)度要求高，最大噸位受到限制。綜上，重型多向模鍛液壓機(jī)承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要矛盾是：結(jié)構(gòu)獨(dú)立性與力學(xué)獨(dú)立性不能同時(shí)滿足。

針對(duì)此問(wèn)題，清華大學(xué)根據(jù)普通預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞機(jī)架提出了預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞正交預(yù)緊機(jī)架結(jié)構(gòu)[7]，如圖2所示。預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)是通過(guò)在機(jī)架外側(cè)纏繞鋼絲產(chǎn)生預(yù)緊力，與工作載荷產(chǎn)生的應(yīng)力相互抵消，從而大大提高結(jié)構(gòu)的承載能力[8-10]。鋼絲纏繞預(yù)緊是依靠柔性體鋼絲在圓弧表面包裹的面壓產(chǎn)生預(yù)緊力，如圖3所示。

圖2 兩種機(jī)架的對(duì)比

圖3 鋼絲纏繞預(yù)緊力計(jì)算

式中：q為鋼絲纏繞時(shí)在圓弧表面產(chǎn)生的面壓；T為鋼絲層所受張力；R為圓弧面半徑；P為等效預(yù)緊力，q沿圓弧面積分的合力就是鋼絲層對(duì)此圓弧面產(chǎn)生的等效預(yù)緊力P，方向沿該圓弧面的圓心角的角平分線。

重型多向模鍛液壓機(jī)在機(jī)架立柱設(shè)計(jì)中采用預(yù)應(yīng)力剖分-坎合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[11，12]。預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞正交預(yù)緊機(jī)架由4個(gè)直段梁和4個(gè)圓弧梁構(gòu)成，且直段梁的外輪廓與圓弧梁的外輪廓相切，4個(gè)圓弧梁圓心角總和為360°。鋼絲層在機(jī)架外輪廓上的直線部分時(shí)（直線部分曲率半徑趨近于無(wú)窮大），由式（1）可知，鋼絲層不對(duì)直線部分產(chǎn)生壓力，不產(chǎn)生預(yù)緊力；同理可知，在機(jī)架外輪廓的圓弧部分，鋼絲層改變了方向，對(duì)圓弧面產(chǎn)生面壓力。即在機(jī)架外輪廓圓弧段產(chǎn)生正交纏繞預(yù)緊力Ph與Pv，以平衡水平壓制載荷與垂直壓制載荷。此種結(jié)構(gòu)既解決了機(jī)架承載應(yīng)力相互疊加的問(wèn)題，又解決了機(jī)架內(nèi)部結(jié)構(gòu)干涉的問(wèn)題。

2 預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞“正交預(yù)緊機(jī)架”有限元分析

40MN多向模鍛液壓機(jī)是世界上第一臺(tái)正交預(yù)緊機(jī)架結(jié)構(gòu)的多向模鍛液壓機(jī)。本文以40MN多向模鍛壓機(jī)機(jī)架為例，采用有限元商業(yè)軟件ABAQUS對(duì)“正交預(yù)緊機(jī)架”預(yù)緊狀態(tài)與合成狀態(tài)時(shí)的剛度、整體性能進(jìn)行分析。

2.140 MN多向模鍛壓機(jī)幾何模型

40MN多向模鍛液壓機(jī)機(jī)架總高為8.157m，水平橫向跨度為5.409m，機(jī)架總厚度為2.629m，預(yù)緊系數(shù)η為1.7，如圖4所示。

圖4 40MN多向模鍛液壓機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 機(jī)架預(yù)緊狀態(tài)有限元分析

2.2.1 有限元模型

根據(jù)載荷與結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，取機(jī)架的四分之一模型進(jìn)行分析，對(duì)稱(chēng)面如圖5所示。

圖5 預(yù)緊狀態(tài)下有限元模型

2.2.2 計(jì)算結(jié)果分析

如圖6所示為機(jī)架預(yù)緊后X方向與Y方向變形的位移結(jié)果。從圖6a可知，機(jī)架在總長(zhǎng)范圍內(nèi)最大撓度為0.8599mm，最大撓度變化量為 0.8599/8.157= 0.1054mm/m，與機(jī)架的總長(zhǎng)相比，機(jī)架在預(yù)緊狀態(tài)時(shí)剛度性能較好；從圖6b可知，機(jī)架在Y方向上的壓縮量為3.308+0.4948=3.8028mm，與機(jī)架的總長(zhǎng)相比，機(jī)架在預(yù)緊狀態(tài)時(shí)剛度性能較好；當(dāng)機(jī)架的兩個(gè)牌坊在Y方向上壓縮量保持一致時(shí)，對(duì)機(jī)架的整體安裝（如上、下墊梁的安裝等）影響很小。

圖6 預(yù)緊狀態(tài)時(shí)機(jī)架位移（放大150倍）

有限元分析顯示機(jī)架預(yù)緊時(shí)各部件結(jié)合面上的預(yù)緊應(yīng)力如圖7所示，在左上立柱與上拱形梁結(jié)合面A面上，預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-180MPa～-110MPa；左上立柱與左拱形梁的結(jié)合面B面上，預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-118MPa～-90MPa；左下立柱與左拱形梁的結(jié)合面C面上，預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-140MPa～-66MPa；左下立柱與下拱形梁結(jié)合面D面上，預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-60MPa～-85MPa，整個(gè)機(jī)架預(yù)緊時(shí)處于壓應(yīng)力狀態(tài)，機(jī)架完整性較好。

圖7 預(yù)緊狀態(tài)機(jī)架結(jié)合面上的預(yù)應(yīng)力

2.3 機(jī)架工作狀態(tài)有限元分析

預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞機(jī)架工作狀態(tài)時(shí)的變形狀況直接關(guān)系到鍛件加工時(shí)的尺寸精度，是預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞機(jī)架剛度的直接反映。

2.3.1 有限元模型

根據(jù)載荷與結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，取正交預(yù)緊機(jī)架的四分之一模型進(jìn)行分析，如圖8所示。

圖8 合成狀態(tài)機(jī)架有限元模型

2.3.2 計(jì)算結(jié)果分析

2.3.2.1 垂直加載狀態(tài)

垂直工作載荷單獨(dú)作用時(shí)，機(jī)架工作狀態(tài)下X、Y方向位移（放大200倍）如圖9所示。從圖9a可知，機(jī)架在總長(zhǎng)范圍內(nèi)最大撓度為2.307mm，即垂直工作載荷單獨(dú)作用時(shí)機(jī)架水平方向最大撓度變化量為2.307/8.157=0.2828mm/m，與機(jī)架的總長(zhǎng)相比，機(jī)架工作狀態(tài)垂直方向單獨(dú)加載時(shí)X方向剛度性能較好。從圖9b可知，機(jī)架Y方向位移總變形量為3.364-0=3.364mm，與機(jī)架總高相比位移變形量較小，剛度較好。由此可知，工作狀態(tài)下垂直載荷單獨(dú)作用時(shí)“正交預(yù)緊”機(jī)架剛度較好。

2.3.2.2 水平加載狀態(tài)

圖9 垂直工作載荷單獨(dú)作用X、Y方向位移

水平工作載荷單獨(dú)作用時(shí)，機(jī)架工作狀態(tài)下X、 Y方向位移（放大50倍）如圖10所示。從圖10a可知，機(jī)架在總高范圍內(nèi)最大撓度為2.899mm，即水平工作載荷單獨(dú)作用時(shí)機(jī)架水平方向最大撓度變化量為2.899/8.157=0.3554mm/m，與機(jī)架的總高相比，機(jī)架工作狀態(tài)水平工作載荷單獨(dú)加載時(shí)X方向剛度性能較好。從圖10b可知，機(jī)架e點(diǎn)與f點(diǎn)之間Y方向位移變形量為1.739-0=1.739mm。可知，與機(jī)架整體高度尺寸相比變形量較小。因此，水平工作載荷單獨(dú)作用時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞“正交預(yù)緊”機(jī)架剛度較好。

圖10 水平工作載荷單獨(dú)作用X、Y方向位移

2.3.2.3 垂直-水平聯(lián)合加載狀態(tài)

垂直-水平工作載荷聯(lián)合作用時(shí)，機(jī)架工作狀態(tài)下X、Y方向位移如圖11所示。從圖11a可知，機(jī)架在總高范圍內(nèi)最大撓度值為0.5205mm，即垂直-水平工作載荷單獨(dú)作用時(shí)機(jī)架水平方向最大撓度變化量為0.5205/8.157=0.0638mm/m，與機(jī)架的總高尺寸相比，機(jī)架在工作狀態(tài)垂直-水平工作載荷聯(lián)合加載時(shí)X方向剛度性能較好。從圖11b可知，機(jī)架e點(diǎn)與f點(diǎn)之間Y方向總位移變形量為2.508-0=2.508mm?？芍?，與機(jī)架整體高度尺寸相比變形量較小。因此，垂直-水平工作載荷聯(lián)合作用時(shí)“正交預(yù)緊”機(jī)架剛度較好。

圖11 垂直-水平工作載荷聯(lián)合作用X、Y方向位移

2.4 機(jī)架合成狀態(tài)有限元分析

機(jī)架在合成狀態(tài)（預(yù)緊狀態(tài)和工作狀態(tài)的疊加，反映了機(jī)架工作時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)）時(shí)，由于工作載荷的作用鋼絲層會(huì)產(chǎn)生額外拉伸張力。該拉伸張力與正交預(yù)緊機(jī)架工作時(shí)的剛度比密切相關(guān)，而剛度比可通過(guò)鋼絲圓周伸長(zhǎng)有限元方法得到，進(jìn)而得到機(jī)架合成狀態(tài)時(shí)三種載荷作用下鋼絲層對(duì)機(jī)架外輪廓各圓弧段的面壓力（如表1所示），從而考查預(yù)緊力鋼絲纏繞正交預(yù)緊機(jī)架的整體性。

表1 不同加載狀態(tài)下圓弧段面壓/MPa

2.4.1 有限元模型

根據(jù)載荷與結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，取機(jī)架的四分之一模型進(jìn)行分析，如圖12所示。

2.4.2 計(jì)算結(jié)果分析

2.4.2.1 垂直加載狀態(tài)

機(jī)架合成狀態(tài)垂直工作載荷單獨(dú)作用時(shí)Y方向應(yīng)力如圖13所示。在右上立柱與上拱形梁結(jié)合面A面上，殘余預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-73MPa～-64MPa；右上立柱與右拱形梁的結(jié)合面B面上，殘余預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-53MPa～-19MPa；右下立柱與右拱形梁的結(jié)合面C面上，殘余預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-41MPa～-37MPa；右下立柱與下拱形梁結(jié)合面D面上，殘余預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-32MPa～-35MPa?？芍?，各個(gè)結(jié)合面上殘余預(yù)緊應(yīng)力均為壓應(yīng)力。機(jī)架結(jié)合面未出現(xiàn)開(kāi)縫現(xiàn)象，因此垂直工作載荷單獨(dú)作用時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞“正交預(yù)緊”機(jī)架保持了良好的整體性。

2.4.2.2 水平加載狀態(tài)

水平工作載荷單獨(dú)作用時(shí)Y方向受力狀況如圖 14所示。在結(jié)合面A面上，殘余預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為 -144MPa ～-98MPa；結(jié)合面B面上，殘余預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為 -70MPa ～-60MPa；結(jié)合面C面上，殘余預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-82MPa～-49MPa；結(jié)合面D面上，殘余預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為 -52MPa ～-56MPa?？芍鱾€(gè)部件結(jié)合面上的殘余預(yù)緊應(yīng)力均為壓應(yīng)力。因此，水平工作載荷單獨(dú)作用時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞“正交預(yù)緊”機(jī)架結(jié)合面未出現(xiàn)開(kāi)縫現(xiàn)象，保持了良好的整體性。

2.4.2.3 垂直-水平聯(lián)合加載狀態(tài)

圖12 合成狀態(tài)機(jī)架有限元模型

圖13 垂直工作載荷單獨(dú)作用Y方向應(yīng)力

圖14 水平工作載荷單獨(dú)作用Y方向應(yīng)力

圖15 垂直-水平工作載荷聯(lián)合作用Y方向應(yīng)力

機(jī)架合成狀態(tài)垂直-水平工作載荷聯(lián)合作用時(shí)Y方向受力如圖15所示。在結(jié)合面A面上，殘余預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-115MPa～-52MPa；結(jié)合面B面上，殘余預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-32MPa～-54MPa；結(jié)合面C面上，殘余預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-42MPa～-37MPa；結(jié)合面D面上，殘余預(yù)緊應(yīng)力由內(nèi)到外為-53MPa～-24MPa?？芍鱾€(gè)部件結(jié)合面上的殘余預(yù)緊應(yīng)力均為壓應(yīng)力，機(jī)架結(jié)合面未出現(xiàn)開(kāi)縫現(xiàn)象，垂直-水平工作載荷聯(lián)合作用時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞“正交預(yù)緊”機(jī)架保持了良好的整體性。

總之，40MN多向模鍛液壓機(jī)機(jī)架采用預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞“正交預(yù)緊機(jī)架”結(jié)構(gòu)，且選取預(yù)緊系數(shù)1.7時(shí)，機(jī)架在預(yù)緊狀態(tài)、工作狀態(tài)與合成狀態(tài)都具有良好的剛度、整體性。因此，通過(guò)對(duì)40MN多向模鍛液壓機(jī)在預(yù)緊狀態(tài)、工作狀態(tài)與合成狀態(tài)的有限元分析表明：預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞正交預(yù)緊機(jī)架這種承載結(jié)構(gòu)完全可以滿足重型多向模鍛承載結(jié)構(gòu)的使用需求。

3 應(yīng)用與實(shí)踐

以40MN多向模鍛液壓機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)“正交預(yù)緊機(jī)架”承載結(jié)構(gòu)的纏繞施工過(guò)程進(jìn)行探討。根據(jù)機(jī)架設(shè)計(jì)要求，40MN多向模鍛液壓機(jī)機(jī)架的纏繞施工主要已知條件如表2所示。

采用A型變張力的鋼絲纏繞工藝，并運(yùn)用小臺(tái)階等張力纏繞計(jì)算的方法，可得到機(jī)架纏繞過(guò)程中鋼絲施工張力曲線，如圖16所示。

如圖17所示，在40MN多向模鍛壓機(jī)機(jī)架的鋼絲纏繞施工過(guò)程中，利用DH3816靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，采用半橋接線溫度自補(bǔ)償方法每纏繞5層鋼絲進(jìn)行一次機(jī)架預(yù)緊力測(cè)量，進(jìn)而對(duì)整個(gè)機(jī)架的預(yù)緊力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此外，每纏繞5層鋼絲利用百分表對(duì)機(jī)架的壓縮變形和立柱撓度進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而對(duì)機(jī)架預(yù)緊狀態(tài)時(shí)的變形進(jìn)行分析。

表2 機(jī)架預(yù)緊纏繞已知條件（單個(gè)牌坊）

圖16 鋼絲纏繞工藝?yán)碚搹埩εc施工張力

圖17 40MN多向模鍛機(jī)架纏繞施工現(xiàn)場(chǎng)

圖18a為利用預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞“正交預(yù)緊機(jī)架”研制的40MN多向模鍛液壓機(jī)。圖18b為40MN多向模鍛液壓機(jī)試鍛造出的DN80不銹鋼Z2CND17-1球閥球芯鍛件；圖18c為該壓機(jī)鍛造出的我國(guó)第一個(gè)3寸20#鋼電站閥體鍛件，閥門(mén)鍛件外形圓整，剖面上的金屬流線連續(xù)完整，沖擊韌性大大提高；圖18d為40MN多向模鍛液壓機(jī)為中核蘇閥試鍛的6寸20#鋼真空閥閥體鍛件，鍛件充型飽滿致密，尺寸準(zhǔn)確。上述產(chǎn)品工藝壓制試驗(yàn)表明，預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞正交預(yù)緊機(jī)架在承受垂直與水平壓制載荷作用時(shí)，表現(xiàn)出了良好的機(jī)架完整性與承載性能，能夠滿足重型多向模鍛液壓機(jī)的使用需求。

圖18 40MN多向模鍛液壓機(jī)及其鍛件

4 結(jié)論

（1）針對(duì)重型多向模鍛壓機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的結(jié)構(gòu)獨(dú)立性與力學(xué)獨(dú)立性問(wèn)題，提出預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞正交預(yù)緊機(jī)架承載結(jié)構(gòu)。

（2）40MN多向模鍛液壓機(jī)機(jī)架在預(yù)緊狀態(tài)、工作狀態(tài)與合成狀態(tài)的有限元分析表明：機(jī)架整體X、Y方向位移變化量小，機(jī)架結(jié)合面未出現(xiàn)開(kāi)縫現(xiàn)象，處于較強(qiáng)的壓應(yīng)力狀態(tài)，因此預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞正交預(yù)緊機(jī)架結(jié)構(gòu)具有良好的剛度及整體性，可滿足多向模鍛壓機(jī)的使用要求。

（3）40MN多向模鍛液壓機(jī)機(jī)架纏繞施工與工藝試驗(yàn)表明了預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞正交預(yù)緊機(jī)架在設(shè)計(jì)、加工、制造、纏繞、安裝調(diào)試、生產(chǎn)過(guò)程中的可行性，是重型多向模鍛液壓機(jī)承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的突破，為發(fā)展我國(guó)多向模鍛制造這一節(jié)材、降耗、優(yōu)質(zhì)的綠色鍛造技術(shù)提供了裝備技術(shù)保證和難得的機(jī)遇。

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The application of pre-stressing wire-wound“orthogonal pre-load frame”to heavy multi-ram forging hydraulic press

WANG Wenjie,LIN Feng,ZHANG Lei,WANG Xin
（Key Laboratory for Advanced Materials Processing Technology of Ministry of Education, Department of Mechanical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China）

Taking 40MN multi-ram forging hydraulic press an a research object in the text,the ABAQUS finite element commercial software has been adopted to perform the finite element analysis to the“orthogonal pre-load frame”;by combining the wire-wound construction and process experiment,its force and deformation conditions in the pre-load state, working state and the synthesis state have been studied.The results of simulation and experiment prove that the“orthogonal pre-load frame”structure has the advantages of large stiffness and excellent integrity,which can satisfy the design requirements and provide important reference for the design and optimization of hydraulic press structure.

Multi-ram forge;Pre-stressing;Orthogonal pre-load frame;Finite element analysis

TG315.4

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.01.001

1672-0121（2016）01-0007-06

2015－06－26；

2015－08－07

高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目（2012ZX04010082）；國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目（2012AA040202）

王文杰（1985-），男，博士在讀，主攻重型鍛壓設(shè)備設(shè)計(jì)研究。E-mail:Wangwenjiedlut@163.com