磷鐵環(huán)壓脫機(jī)沖頭座的強(qiáng)度分析

摘要：沖頭座是磷鐵環(huán)壓脫機(jī)的關(guān)鍵受力件，其受力強(qiáng)度的大小直接影響磷鐵環(huán)壓脫機(jī)的使用效率，強(qiáng)度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋或變形，降低使用壽命，對(duì)沖頭座材料的選擇和強(qiáng)度的分析是磷鐵環(huán)壓脫機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。

關(guān)鍵詞：沖頭 ?沖頭座 ?磷鐵環(huán)壓脫機(jī)

0引言

磷鐵環(huán)壓脫機(jī)是碳素陽(yáng)極組裝生產(chǎn)線上的核心設(shè)備之一，其主要功能是利用沖頭將殘留在陽(yáng)極鋼爪上的磷鐵環(huán)從鋼爪上剝離下來(lái)，以便鋼爪經(jīng)過(guò)清刷、涂石墨烘干后再次與新陽(yáng)極塊進(jìn)行澆鑄，制成新陽(yáng)極組，再由運(yùn)輸機(jī)送到電解車間使用。沖頭安裝在沖頭座上，沖頭座直接影響磷鐵環(huán)壓脫機(jī)的工作效率，所以本文將對(duì)沖頭座強(qiáng)度進(jìn)行重點(diǎn)分析。

1 已知參數(shù)和要求

主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：

沖頭、沖頭座的材質(zhì)為：材料42CrMo;彈性模量2.06×1011Pa;密度7850kg/m3

最大抗拉強(qiáng)度590-900Mpa，最大屈服強(qiáng)度390-650MPa[1]，

本計(jì)算例按照590Mpa，最大屈服強(qiáng)度390MPa，安全系數(shù)取1.5。

許用抗拉強(qiáng)度393Mpa，許用屈服強(qiáng)度260MPa。

磷鐵環(huán)壓脫機(jī)在使用過(guò)程中，在圓角R處出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，原結(jié)構(gòu)見圖1，考慮到有可能收到側(cè)向力，導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象，超過(guò)了材料的許用屈服強(qiáng)度從而導(dǎo)致的斷裂現(xiàn)象，現(xiàn)將結(jié)構(gòu)改進(jìn)如下，見圖2，改進(jìn)后的沖頭安裝在沖頭座里，與沖頭座形成一個(gè)整體，此時(shí)，就需要對(duì)沖頭座進(jìn)行強(qiáng)度分析。

2邊界條件

基于AnsysWorkbench，采用實(shí)體solid187實(shí)體單元建立沖頭座有限元網(wǎng)格模型。總節(jié)點(diǎn)數(shù)42553，單元數(shù)24931。因?yàn)闆_頭頂部為弧形結(jié)構(gòu)，側(cè)向的大小未知，考慮到原結(jié)構(gòu)的受力方式對(duì)原結(jié)構(gòu)的沖頭施加側(cè)向力進(jìn)行假設(shè)，逐步加大側(cè)向力的大小直至達(dá)到材料的屈服極限，得出施加的側(cè)向。將此側(cè)向力加到新結(jié)構(gòu)沖頭座的相應(yīng)位置，得出最大的應(yīng)力值的位置，將最大應(yīng)力位置加圓角，并將圓角設(shè)置為輸入?yún)?shù)，將最大應(yīng)力值設(shè)置為輸出參數(shù)，分別列表了不同圓角值的大小對(duì)其最大應(yīng)力值的影響。

3 結(jié)果及分析

原結(jié)構(gòu)的沖頭應(yīng)力值達(dá)到247.99 kN，施加在沖頭上的力為17.5kN[2]。

將此側(cè)向力施加到新結(jié)構(gòu)的沖頭座上，可得最大應(yīng)力為142.69MPa，最大值位置如圖4所示，此時(shí)該位置的圓角R1為6mm。

改變圓角值大小，將圓角作為輸入?yún)?shù)，應(yīng)力值作為輸出參數(shù)，列表得：

4結(jié)論

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)計(jì)算得出結(jié)論，圓角越大，應(yīng)力值越小。通過(guò)對(duì)沖頭座進(jìn)行強(qiáng)度分析，得到?jīng)_頭座最危險(xiǎn)工況和位置，與現(xiàn)場(chǎng)收集到的裂紋位置吻合;本文提供的是一種裂紋的計(jì)算方法和過(guò)程，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，需要根據(jù)探傷出來(lái)的裂紋位置、大小和形狀進(jìn)行斷裂力學(xué)的分析。

參考文獻(xiàn)

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]劉鴻文.材料力學(xué)第六版.北京：高等教育出版社，2017.

作者簡(jiǎn)介：張佳亮（1980-），男，遼寧省沈陽(yáng)市，高級(jí)工程師，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，主要從事制鋁設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)工作。