2014年第：1672－0121（2014）01－0049－03液压垫结构优化设计夏卫明，李辉，骆桂林，嵇宽斌，赵称英（扬力集团江苏国力锻压机床有限公司，江苏扬州225127）摘要：本文采用有限元法对我公司生产的YL27-500B型四柱式单动薄板拉伸液压机的液压垫设计了三种工况进行模拟分析，并根据计算结论拟定了两种优化结构方案，选择三种模拟工况中最为恶劣的工况对优化结构重新进行有限元分析，结果表明，两种优化结构方案均能提高液压垫刚度并满足强度要求，液压垫的应力分布更为均匀，同时液压垫的设计重量较原结构有所降低，达到了优化设计的目标。关键词：机械设计；液压机；液压垫；优化设计；有限元：TG315.4文献标识码：A0引言如图1所示，液压机在进行薄板拉伸成形过程中，为了防止板料起皱或破裂，需要使用合适的液压垫进行压边，液压垫公称力一般取液压机主机吨位的40%左右。液压垫力由安装在液压机下横梁内的液压垫缸提供，通过顶杆作用在液压垫工作平面上，液压垫顶杆作用点位置与液压机工作台板顶杆孔位置一一对应，根据用户模具结构的不同，可使用不同的顶杆，则液压垫的受力状态各不相同。F滑块上模板料压边圈下模顶杆工作台板垫块液压垫导轨本文以我公司设计的YL27-500B四柱式单动薄板拉伸液压机液压垫结构优化设计为例，论述了液压垫设计的一些规律，希望能为同行和读者提供一些参考。1工况设计YL27-500B四柱式单动薄板拉伸液压机的液压垫力由两只1000kN液压垫缸提供，如图1所示。液压垫尺寸为1720mm×1120mm×500mm，顶杆布置如图2中圆圈所示。1234567图2液压垫结构图1液压垫拉伸示意图液压垫缸下横梁液压垫进行拉伸时并不是所有顶杆都参与工作，一般根据模具大小不同，使用其中的一圈或多圈顶杆，因此本文设计了如下三种工况，进行有限元计算。假设：各顶杆接触面均匀受力，且液压垫力分布关于液压垫的结构设计目前还没有统一的准则可循，液压垫的设计应以其强度和刚度作为最基本的设计原则。液压垫的结构较为复杂，形式各异，工作条件各不相同，采用解析法很难计算，有限元法则为液压垫结构设计和优化提供了依据。收稿日期：2013－07－15作者简介：夏卫明（1981-），男，硕士，工程师，从事结构强度计算及液压机设计到各顶杆后各顶杆受力相等。工况一：在最外圈顶杆接触面（共36个），如图所示的小圆圈面加载2000kN液压垫力。工况二：在由外向内的第二圈顶杆接触面（共28个）加载2000kN液压垫力。工况三：在由外向内的第三圈顶杆接触面（共20个）加载2000kN液压垫力。2计算结果及分析2014年第1期装备EQUIPMENT对上述三种工况，采用ANSYS进行有限元分析，取工况一的液压垫顶平面z向变形等值线图，如图3所示，并将各工况的结果列表1所示。图3工况一下液压垫顶平面z向变形等值线图表1有限元计算结果工况顶平面变形/mm顶板应力最大应力/MPa顶板大部分应力/MPa整体大部分应力/MPa一0.405318-3656-113二0.264515-3044-77三0.105317-3533-66有限元计算结论分析：（1）从三种工况的计算结论来看，工况一为最恶劣工况。根据图3所示z向变形等值线图可知，液压垫顶平面周边相对中间向下变形δ=0.40mm，换算为挠度（K=δ/L，其中L为液压垫长边方向尺寸，m），则K=0.232mm/m（≈1/4300mm/mm）。目前国内液压机设计制造还没有统一的国家刚度标准，液压机刚度要求一般较机械压力机要低（拉伸加工用通用压力机刚度在1/6000～1/6600[1]），根据对相关文献检索[2、3]和笔者工作中对多家国内外知名液压机生产厂家液压机上梁和下梁的有限元计算表明，液压机上下梁刚度取1/5000～1/6000比较合适，而对液压垫刚度取值的计算目前还鲜有报道，因此笔者认为，液压垫设计亦可取1/5000～1/6000刚度标准。因此本文所述液压垫刚度略低于标准值。（2）工况一的大部分应力值也较大，油缸支撑处筋板2、4、5（如图2所示）应力集中较大，很可能会产生拉裂裂纹，应注意坡口和焊接质量。分析其原因，该处筋板承受弯曲载荷，在筋板下端产生弯曲压应力，因此，要减小该处应力，可增加筋板2、4、5高度和厚度，以增加该部位的抗弯截面模量，从而减小弯曲应力。（3）工况二情况相对工况一稍好，其最大局部凹陷量约为0.0...