焊縫對壓力機(jī)強(qiáng)度的影響分析

王軍領(lǐng)，仲太生，董 凱，詹俊勇，羅素萍

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

焊縫對壓力機(jī)強(qiáng)度的影響分析

王軍領(lǐng)，仲太生，董 凱，詹俊勇，羅素萍

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

為了分析焊縫對機(jī)身強(qiáng)度和剛度的影響，首先建立壓力機(jī)的三維和有限元模型，研究中忽略焊縫內(nèi)部材質(zhì)和焊接質(zhì)量的影響，并對筋板和機(jī)身主板進(jìn)行模型處理。觀察對比焊縫寬度不同的情況下，機(jī)身強(qiáng)度和剛度值變化，總結(jié)筋板焊縫與相應(yīng)坡口大小相適合的數(shù)據(jù)，最后對比分析了考慮焊縫和不考慮焊縫對機(jī)身和筋板影響的差異，為壓力機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)筋板焊縫寬度的選擇提供一定依據(jù)。

壓力機(jī)；筋板；焊縫；應(yīng)力；變形量

開式壓力機(jī)沖壓力通過滑塊傳遞給連桿和曲軸，最終需要機(jī)身來承受，因此機(jī)身強(qiáng)度和剛度是衡量壓力機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，對整機(jī)精度和壓機(jī)使用壽命具有非常重要的作用。開式壓力機(jī)機(jī)身主要采用鋼板焊接，其中左右兩側(cè)機(jī)身性能對機(jī)身強(qiáng)度和剛度影響最為明顯，因此為了增加機(jī)身剛度，通常在左右兩側(cè)機(jī)身鋼板內(nèi)側(cè)焊接筋板，而筋板往往通過焊接焊縫來傳遞筋板與機(jī)身主板的力。本文以800kN開式壓力機(jī)為研究對象，基于ANSYS分析筋板通過焊縫對機(jī)身整體剛度和強(qiáng)度的影響[1]。

1 機(jī)身有限元建模

1.1 基于ANSYS的機(jī)身筋板模型建立

如圖1所示，利用ANSYS軟件建立機(jī)身三維有限元模型，通過80t沖壓力的換算，工件對機(jī)身工作臺(tái)板的載荷 Pa，曲軸對前支撐孔的載荷Pa，曲軸對后支撐孔的載荷Pa[2]。

圖1 機(jī)身模型與載荷

筋板與機(jī)身通過焊縫連接，焊縫如圖2所示，為了分析不同寬度的焊縫對機(jī)身和筋板的影響，特選取焊縫尺寸規(guī)格如表1所示。

圖2 筋板和機(jī)身焊接處

1.2 分析位置

在機(jī)身和筋板的接觸面上選取四個(gè)參考路徑A1-A2、B1-B2、C1-C2、D1-D2，如圖 3 所示，通過分析各路徑下的應(yīng)力與變形值，以反應(yīng)對比焊縫寬度對機(jī)身和筋板的影響，參考路徑如圖4所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 機(jī)身筋板應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果

對比分析不同焊縫寬度B條件下機(jī)身、筋板和四個(gè)參考路徑的最大應(yīng)力如表2所示，最大變形量如表3所示。

將由表2中的數(shù)據(jù)繪制成圖表，如圖5和6所示。

隨著焊縫寬度的增加，機(jī)身的最大應(yīng)力隨之減小，筋板成波動(dòng)狀態(tài)，說明筋板對整體機(jī)身應(yīng)力改善是有一定作用的，而對筋板的研究還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

表1 焊縫尺寸規(guī)格

圖3 筋板對應(yīng)參考路徑

圖4 機(jī)身對應(yīng)參考路徑

表2 不同焊縫寬度下的機(jī)身、筋板及各路徑的最大應(yīng)力

將由表3中的數(shù)據(jù)繪制成圖表，如圖7和8所示。

圖5 焊縫對機(jī)身應(yīng)力的影響

圖6 焊縫對筋板整體應(yīng)力的影響

表3 不同焊縫寬度下的機(jī)身、筋板及各路徑的最大變形量

由圖7、8可知，隨著焊縫寬度的增加，機(jī)身與筋板的變形量隨之減小，通過其他路徑的分析，也可以驗(yàn)證這一趨勢，說明筋板對機(jī)身精度的影響是比較明顯的，同時(shí)焊縫對機(jī)身的影響也是比較明顯的，焊縫的寬度直接影響筋板作用的大小[3]。

2.2 焊縫對強(qiáng)度剛度的影響

為對比不同寬度的焊縫與不考慮焊縫對應(yīng)力影響的差異，用相對應(yīng)力δ應(yīng)力表示，其計(jì)算公式：

根據(jù)公式（1）計(jì)算得到不同焊縫寬度下的相對應(yīng)力，如表4所示。

圖7 焊縫對機(jī)身形變量的影響

圖8 焊縫對筋板整體變形量的影響

為對比不同寬度的焊縫與不考慮焊縫對變形影響的差異，用相對變形δ應(yīng)力表示，其計(jì)算公式：

根據(jù)公式（2）計(jì)算得到不同焊縫寬度下的相對變形，如表5所示。

由表4可知，隨著焊縫寬度的增加，機(jī)身的相對應(yīng)力隨之增大，筋板的相對應(yīng)力隨之減小。由表5可知，隨著焊縫寬度的增加，機(jī)身和筋板的相對變形均隨之減小[4]。

3 結(jié)語

從以上的有限元分析結(jié)果中可得出以下結(jié)論：

（1）隨著焊縫寬度的增加，機(jī)身總體的最大應(yīng)力、變形量逐漸減小，對筋板path路徑上的應(yīng)力、變形量以及對筋板總體變形量的影響也有同樣趨勢，但是焊縫寬度和筋板整體的最大應(yīng)力沒有明顯的單調(diào)關(guān)系，此處還需要做更細(xì)致的實(shí)驗(yàn)工作[5]。

表4 不同焊縫寬度下的相對應(yīng)力

表5 不同焊縫寬度下的相對變形

（2）壓力機(jī)在工作過程中，機(jī)身變形量對壓力機(jī)的精度起到關(guān)鍵作用。在設(shè)計(jì)過程中考慮機(jī)身與筋板間焊縫的尺寸對機(jī)身以及筋板變形量的影響非常有必要，當(dāng)筋板與機(jī)身間的焊縫的寬度大于60mm時(shí)，隨著焊縫尺寸的增加，機(jī)身和筋板的變形量不會(huì)有太明顯的下降；而當(dāng)焊縫寬度在30mm～60mm之間時(shí)，隨著焊縫尺寸的增加，機(jī)身和筋板的變形量下降明顯。這意味著，在加工時(shí)選擇一個(gè)適中的焊縫寬度，既可以保證一定的機(jī)身工作精度，又能節(jié)省一定的成本[6]。

[1]郭修安，陳 晨，王軍領(lǐng).坡口軌跡控制[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2016，（6）：201-202.

[2]王軍領(lǐng)，鄭 翔，吳 煥.圓柱滾子軸承動(dòng)靜態(tài)有限元分析[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，（2）：43-46.

[3]王軍領(lǐng)，詹俊勇，仲太生，等.組合式大型壓力機(jī)橫梁強(qiáng)度剛度分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2014，49（6）：26-29.

[4]王軍領(lǐng)，詹俊勇，仲太生.高速壓力機(jī)齒輪嚙合強(qiáng)度分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2015，50（3）：96-97.

[5]王軍領(lǐng)，鄭 翔，姚菁琳.高速壓力機(jī)機(jī)身減振的研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2013，（9）：72-76.

[6]王軍領(lǐng)，詹俊勇，仲太生.傳動(dòng)間隙對高速壓力機(jī)下死點(diǎn)重復(fù)精度影響分析與測試[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2013，48（3）：19-22.

Influence analysis of welding seam to the strength of press

WANG Junling,ZHONG Taisheng,DONG Kai,ZHAN Junyong,LUO Suping
（Jiangsu Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China）

In order to analyze the influence of welding seamto the strength and stiffness of the frame,the three-dimensional and finite element models of the press have been established.In order to study the influence of welding seam,the influence of welding seam inside material and welding quality has been neglected.The model processing has been conducted to the stiffened plate and the main board.By observing and contrasting the changes of the strength and stiffness of the frame with different width of the welding seam,the corresponding size of bevel welding seam which matches the stiffened plate has been summarized.The influence difference to the frame and stiffened plate between considering the welding seam and non-considering the welding seam has been finally contrasted and analyzed.It provides reference for selection of welding seam width for stiffened plate during design process.

Press;Stiffened plate;Welding seam;Stress;Deformation

TG315.5

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.03.013

1672-0121（2017）03-0052-03

2016-12-15；

2017-02-06

王軍領(lǐng)（1985-），男，碩士，工程師，從事機(jī)械結(jié)構(gòu)自動(dòng)化設(shè)計(jì)等研究。E-mail：w756251@163.com