胡 健，王 慧，冯 俊

（扬力集团股份有限公司，江苏 扬州 225104）

1 背景及意义

电动螺旋压力机是一种通用性很强的锻造设备，既能用于热锻，又能用于精锻、精整；既能适用于局部镦粗长杆类锻件，又能适用钛合金叶片及其他叶片的精密锻造。其结构简单维护方便，能耗低，过载能力强，是应用最为广泛的锻造设备之一。螺旋压力机除机身强度外，机身刚度非常重要。机身强度决定了设备适用寿命，机身刚度则影响了设备所能发挥的能量。如果机身刚度不够，则在打击工件过程中设备很大一部分能量被床身变形所消耗，用于成型的能量就会降低。同时导向板的磨损量会加大，在一定程度上恶化了滑块等重要零件的工作条件，影响设备的可靠性。由于计算机软硬件的快速发展，有限元分析软件也大量运用于工程机械的设计当中。对于受集中载荷，时常超载的锻造设备而言，前期设计时对设备进行分析、优化十分必要。

为此，本文采用有限元分析软件，对电动螺旋压力机常见的几种机身机构进行准确分析与比较。

2 结构分析与比较

电动螺旋压力机常见的机身机构有3 种：

（1）钢板焊接结构整体机身；

（2）整体铸钢结构机身；

（3）铸钢结构分体机身。

下面以4000kN（400t）电动螺旋压力机为例，结合有限元分析软件逐一进行对比分析。

2.1 焊接结构整体机身

焊接结构整体机身避免了分体机身加工量大、配合面多、精度难以保证等缺点，又避免了铸钢件铸造缺陷多，经常需要焊补；夹渣多加工困难；需要制作模型、生产周期长等缺点。但钢板焊接机身变形量相对铸钢结构的变形量要大，主机消耗在机身变形上的能量大。下面我们结合有限元分析结果进行比较。

载荷施加位置、面积、方式及机身约束设置多重多样，不同的约束方式对分析结果有着不小的影响。下面分析过程中，几种机身结构都采用相同的设置进行分析比较。有限元分析结果如图1、2、3、4所示。

图1 机身应力云图

从图1 可以看出，机身最大应力为176.9MPa，出现在横梁下部的承力板上，接近材料的屈服强度。从图2、图3、图4 可以看出机身最大变形量为0.8mm，底座最大变形量为0.17mm，横梁承力板最大变形量为0.78mm。机身重量105kN（10.5t）。

图2 机身变形云图

图3 横梁承力板变形云图

图4 底座变形云图

2.2 整体铸钢结构机身

整体铸钢结构机身加工量少，刚度大，无需拼装机身，简化了装配，同时由于少了立柱与横梁还有底座的两个接触面，设备精度更易保证。但是这种结构也有缺点，立柱与底座、横梁分型面处由于结构原因机身截面变化较大，应力比较集中，在长期负载下分型面处特别容易开裂，是难以避免的隐患，对机身寿命影响较大。有限元分析结果如图5、6、7、8 所示。

图5 机身应力云图

从图5 可以看出，机身最大应力为106MPa。从图6、图7、图8 可以看出，机身最大变形量为0.37mm，横梁承力部位最大变形量为0.37mm，底座最大变形量为0.17mm。机身重量106kN（10.6t）。

图6 机身变形云图

图7 横梁承力部位变形云图

图8 底座变形云图

通过对比可以看出，在机床重量没有增加的情况下，整体铸钢机身无论是从最大应力还是关键部位变形上来看都要优于焊接结构的机身。

2.3 铸钢结构分体机身

此种结构机身是靠拉杆来承受所有工作力，具有刚度大、强度高的特点，同时避免了整体铸钢机身易开裂的缺点。但是增加的拉杆、拉紧螺母增加了制造成本，同时加工精度要求也更高，装配相对复杂。有限元分析结果如图9、10、11、12 所示。

图9 机身应力云图

从图9 可以看出，机身拉杆最大应力为164MPa。从图10、图11、图12 可以看出，机身最大变形量为0.32mm，横梁承力部位最大变形量为0.29mm，底座最大变形量为0.15mm。机身重量126kN（12.6t）。

图10 机身变形云图

图11 横梁承力部位变形云图

图12 底座变形云图

通过对比可以看出，此种结构应力大小及变形量与整体铸钢机身相仿，但是机身重量高于前面二者。

3 总结

本文通过有限元分析比较了三种电动螺旋压力机机身结构的优缺点，为客户选择提供了参考，也为制造商根据自身制造能力选择合适的结构提供了参考。同时也为产品进一步优化打下了基础。