200TM操作机夹钳改造及抱钳设计

200TM操作机夹钳改造及抱钳设计

对现有200TM操作机夹钳进行改造，使其既具有原夹钳功能，同时又具有抱钳功能。首先对改造后夹钳装置进行校验满足原有使用要求，然后利用ANSYS workbench静态分析对延长臂的结构进行优化，使延长臂销轴根部应力集中降为534MPa。

标签：夹钳改造；延长臂；有限元分析；专用抱钳

高温合金锻件材料成本昂贵，锻造温度区间狭窄（约200-300℃），为了实现高温合金坯料的整体无废料快速锻造，需要配备高温合金锻造专用抱钳。为了满足高温合金锻造需求，对现有200TM操作机夹钳进行改造，通过多种方案对比，最终采用“延长臂”的设计方案，该方案具有结构简单、可靠、更换方便的特点，满足了使用要求。

1 夹钳改造

夹钳改造原则：保持原有功能要求不变，增加抱钳功能。

夹钳改造难点：尽可能利用原有零部件，节约成本。

夹钳改造过程：夹钳改造主要是对杠杆的改造，由于要利用原有钳座，所以不改变杠杆在鉗座部分尺寸，只改变杠杆在钳座以外部分尺寸，同时在杠杆上设置受力支撑孔，并改变杠杆与钳口的配合尺寸，最终实现新设计延长臂的安装，满足抱钳功能，见图1。

2 改造后夹钳夹紧力校验

夹钳的受力情况与其在空间的位置有关，一般先计算钳口在水平和竖直两种姿态的受力情况，再取较大的受力进行拉紧缸设计，由于本设计是在原有操作机的基础上进行改造设计，所以只需在最大夹紧力时对拉紧缸进行校核即可。

2.1 钳口水平位置受力

当锻件受到的静摩擦力达到最大时，钳口施加到锻件上的力为水平位置的最小夹紧力[1]（见图2）。

由力矩平衡方程得，

解得总夹紧力Fh为：

夹持力矩M=G*l0，那么最恶劣的工况条件下的夹钳机构钳口施加锻件上的最小工作夹紧力为：

2.2 钳口竖直位置受力

当钳口在竖直位置时，上下两个钳口对锻件的夹紧力大小不同，考虑锻件在临界状态下作用在钳口的反力会使钳口绕着销轴顺时针转动，这里允许锻件下坠转动0°～4°[2]。从而钳口与锻件之间产生滑动，直到摩擦力达到最大静摩擦力时保持受力平衡得（见图3）：

解得两钳口竖直方向分力及总夹紧力Fv为：

依据200TM操作机所能夹持的最大锻件，对改造后的夹钳装置进行校验。这里y=600mm，l0=1400mm，h=2968mm，G=80t所以求得水平和竖直状态的最大加紧力为：

当钳口夹持该锻件在水平位置时，对夹钳装置单侧进行受力分析。

其中19×106N为液压缸所能提供的最大拉力，所以改造后的夹钳装置满足原夹钳机构的使用要求。

3 延长臂设计

初始设计延长臂根部应力集中很大，为了消除应力集中，利用ANSYS workbench对根部结构进行优化，优化后延长臂根部应力由起初1000MPa降为534MPa见图4，满足使用要求。

4 结束语

200TM操作机抱钳的改造成功，特别是延长臂的成功设计，为该类操作机改造奠定了坚实的基础。

参考文献

[1]孟宪国，冯长儒.锻造操作机钳口夹紧力和夹紧缸能力的计算[J].一重技术，2006（2）：1-3.

[2]郭江涛.2t/5tm锻造操作机结构优化设计与虚拟仿真研究[D].燕山大学，2015：23-28.