预应力缠绕模具存在两种状态：一是预紧状态， 缠绕完成后仅承受预紧载荷，未承受工作载荷；二 是工作状态，模具同时承受预紧载荷和工作载荷。 从预紧状态变为工作状态，缠绕钢带将承受更大的 载荷，危险程度提高。为了保证模具的强度和刚度， 在两种状态下，模具及缠绕层内的应力均应控制在 安全范围。

 

通常情况，已知模具工作压力，为了达到预紧 的作用必须有一定的径向接触压力。通过分析知道， 当模具工作时，模芯内表面最容易破坏，即内表面 最危险。

 

假设上述冷挤压凹模模型只承受内压力，外压 力为0，其应力分布如图4所示。可以看出，在凹 模内壁处的位置是最大拉应力和最大压应力所在， 这说明凹模在只承受内压力的作用下，其危险断面 是在凹模的内壁处，破坏首先在凹模的内壁处发 生[14]。因此，当危险面处于安全状态，模具整体就 可以处于安全状态。

图4厚壁筒模型 a)只承受内压力扣的应力分布图；b)单元体受力示意图 Fig. 4 Model of thick-walled tube

 

在工作状态下，整个预应力缠绕模具模芯内表 面处于最危险的状态，为保证模具及缠绕层内的应 力控制在安全范围内，根据模具材料所满足的屈服 准则求得模具所需的预应力大小。总的预应力九由 两部分组成：钢带缠绕产生的预应力i和工作压力 导致的工作预应力Afl，即：pl=pl+l^pl o

 

 

缠绕模具在工作状态下满足等强度理论，即当 发生断裂破坏时钢带同时失效。在工作状态下对每 一层钢带进行分析。为缠绕至第^层时，第^ 层与第n — 1层之间的径向层间压力是连续多层钢带 缠绕层外层的径向压力，与模芯的径向压力是不

 

采用文献[15]中组合模具为分析对象，该文 献中模具采用的是三层预应力环组合凹模结构，外 层直径是296mm。在相同的模芯材料、外形尺寸， 相同的工作载荷下，模芯材料为W6Mo5Cr4V2,采 用材料为65Mn、厚度为0. 1mm (根据STRECON A/S在其网站上公布的已有产品资料）的钢带进行

缠绕获得钢带缠绕预应力模具，钢带许用强度〃sd = 900MPaCl6] 0计算模型参数如表1。

表1算例1模型参数 1609

 

根据本文推导的公式，假设模芯材料为塑性材 料，将上述参数带入程序进行计算，结果为483层。 最外层尺寸是204. 6mm。与文献[14]中组合凹模 的外形尺寸相比较，尺寸减小了 30. 8%,由此可以 看出，在模型条件相同的情况下，缠绕模具的机构 比组合模具的结构更紧凑，这也同时证实了钢带缠 绕预应力模具的优点。

£：.钢带缠绕_.&力模具缠绕位数的计算 -X

 

 

2.2算例2

 

在整个推导过程中，根据模具材料的具体性质， 当材料为脆性材料时，许用极限一般小于lOOOMPa (常用的脆性模具材料如陶瓷、硬质合金等），适用 于第一强度理论；当材料为塑性材料时，适用于第 三强度理论，而且要求(扣sm — p0) >0,因此，为 使模芯材料为脆性材料与塑性材料具有可比性，取 工作载荷p0 = 900MPa,模芯许用强度= 900MPa。计算模型的其他参数选取与算例1相同， 比较当模芯材料为脆性材料和塑性材料时的不同， 计算结果为：脆性材料822层，塑性材料415层。

 

可以看出，脆性材料模芯所需的缠绕层数大于 塑性材料模芯的缠绕层数。换言之，当其他条件都 相同时，脆性