焊缝对压力机强度的影响分析

王军领，仲太生，董 凯，詹俊勇，罗素萍

（扬力集团股份有限公司，江苏 扬州 225127）

焊缝对压力机强度的影响分析

王军领，仲太生，董 凯，詹俊勇，罗素萍

（扬力集团股份有限公司，江苏 扬州 225127）

为了分析焊缝对机身强度和刚度的影响，首先建立压力机的三维和有限元模型，研究中忽略焊缝内部材质和焊接质量的影响，并对筋板和机身主板进行模型处理。观察对比焊缝宽度不同的情况下，机身强度和刚度值变化，总结筋板焊缝与相应坡口大小相适合的数据，最后对比分析了考虑焊缝和不考虑焊缝对机身和筋板影响的差异，为压力机设计时筋板焊缝宽度的选择提供一定依据。

压力机；筋板；焊缝；应力；变形量

开式压力机冲压力通过滑块传递给连杆和曲轴，最终需要机身来承受，因此机身强度和刚度是衡量压力机性能的一个重要指标，对整机精度和压机使用寿命具有非常重要的作用。开式压力机机身主要采用钢板焊接，其中左右两侧机身性能对机身强度和刚度影响最为明显，因此为了增加机身刚度，通常在左右两侧机身钢板内侧焊接筋板，而筋板往往通过焊接焊缝来传递筋板与机身主板的力。本文以800kN开式压力机为研究对象，基于ANSYS分析筋板通过焊缝对机身整体刚度和强度的影响[1]。

1 机身有限元建模

1.1 基于ANSYS的机身筋板模型建立

如图1所示，利用ANSYS软件建立机身三维有限元模型，通过80t冲压力的换算，工件对机身工作台板的载荷 Pa，曲轴对前支撑孔的载荷Pa，曲轴对后支撑孔的载荷Pa[2]。

图1 机身模型与载荷

筋板与机身通过焊缝连接，焊缝如图2所示，为了分析不同宽度的焊缝对机身和筋板的影响，特选取焊缝尺寸规格如表1所示。

图2 筋板和机身焊接处

1.2 分析位置

在机身和筋板的接触面上选取四个参考路径A1-A2、B1-B2、C1-C2、D1-D2，如图 3 所示，通过分析各路径下的应力与变形值，以反应对比焊缝宽度对机身和筋板的影响，参考路径如图4所示。

2 结果与分析

2.1 机身筋板应力应变结果

对比分析不同焊缝宽度B条件下机身、筋板和四个参考路径的最大应力如表2所示，最大变形量如表3所示。

将由表2中的数据绘制成图表，如图5和6所示。

随着焊缝宽度的增加，机身的最大应力随之减小，筋板成波动状态，说明筋板对整体机身应力改善是有一定作用的，而对筋板的研究还需要进一步的实验验证。

表1 焊缝尺寸规格

图3 筋板对应参考路径

图4 机身对应参考路径

表2 不同焊缝宽度下的机身、筋板及各路径的最大应力

将由表3中的数据绘制成图表，如图7和8所示。

图5 焊缝对机身应力的影响

图6 焊缝对筋板整体应力的影响

表3 不同焊缝宽度下的机身、筋板及各路径的最大变形量

由图7、8可知，随着焊缝宽度的增加，机身与筋板的变形量随之减小，通过其他路径的分析，也可以验证这一趋势，说明筋板对机身精度的影响是比较明显的，同时焊缝对机身的影响也是比较明显的，焊缝的宽度直接影响筋板作用的大小[3]。

2.2 焊缝对强度刚度的影响

为对比不同宽度的焊缝与不考虑焊缝对应力影响的差异，用相对应力δ应力表示，其计算公式：

根据公式（1）计算得到不同焊缝宽度下的相对应力，如表4所示。

图7 焊缝对机身形变量的影响

图8 焊缝对筋板整体变形量的影响

为对比不同宽度的焊缝与不考虑焊缝对变形影响的差异，用相对变形δ应力表示，其计算公式：

根据公式（2）计算得到不同焊缝宽度下的相对变形，如表5所示。

由表4可知，随着焊缝宽度的增加，机身的相对应力随之增大，筋板的相对应力随之减小。由表5可知，随着焊缝宽度的增加，机身和筋板的相对变形均随之减小[4]。

3 结语

从以上的有限元分析结果中可得出以下结论：

（1）随着焊缝宽度的增加，机身总体的最大应力、变形量逐渐减小，对筋板path路径上的应力、变形量以及对筋板总体变形量的影响也有同样趋势，但是焊缝宽度和筋板整体的最大应力没有明显的单调关系，此处还需要做更细致的实验工作[5]。

表4 不同焊缝宽度下的相对应力

表5 不同焊缝宽度下的相对变形

（2）压力机在工作过程中，机身变形量对压力机的精度起到关键作用。在设计过程中考虑机身与筋板间焊缝的尺寸对机身以及筋板变形量的影响非常有必要，当筋板与机身间的焊缝的宽度大于60mm时，随着焊缝尺寸的增加，机身和筋板的变形量不会有太明显的下降；而当焊缝宽度在30mm～60mm之间时，随着焊缝尺寸的增加，机身和筋板的变形量下降明显。这意味着，在加工时选择一个适中的焊缝宽度，既可以保证一定的机身工作精度，又能节省一定的成本[6]。

[1]郭修安，陈 晨，王军领.坡口轨迹控制[J].机械工程与自动化，2016，（6）：201-202.

[2]王军领，郑 翔，吴 焕.圆柱滚子轴承动静态有限元分析[J].扬州大学学报：自然科学版，2012，（2）：43-46.

[3]王军领，詹俊勇，仲太生，等.组合式大型压力机横梁强度刚度分析[J].锻压装备与制造技术，2014，49（6）：26-29.

[4]王军领，詹俊勇，仲太生.高速压力机齿轮啮合强度分析[J].机械工程与自动化，2015，50（3）：96-97.

[5]王军领，郑 翔，姚菁琳.高速压力机机身减振的研究[J].制造技术与机床，2013，（9）：72-76.

[6]王军领，詹俊勇，仲太生.传动间隙对高速压力机下死点重复精度影响分析与测试[J].锻压装备与制造技术，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

王军领（1985-），男，硕士，工程师，从事机械结构自动化设计等研究。E-mail：w756251@163.com