預應力纏繞模具存在兩種狀態(tài)：一是預緊狀態(tài)， 纏繞完成后僅承受預緊載荷，未承受工作載荷；二 是工作狀態(tài)，模具同時承受預緊載荷和工作載荷。 從預緊狀態(tài)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，纏繞鋼帶將承受更大的 載荷，危險程度提高。為了保證模具的強度和剛度， 在兩種狀態(tài)下，模具及纏繞層內(nèi)的應力均應控制在 安全范圍。
通常情況，已知模具工作壓力，為了達到預緊 的作用必須有一定的徑向接觸壓力。通過分析知道， 當模具工作時，模芯內(nèi)表面最容易破壞，即內(nèi)表面 最危險。
假設上述冷擠壓凹模模型只承受內(nèi)壓力，外壓 力為0，其應力分布如圖4所示。可以看出，在凹 模內(nèi)壁處的位置是最大拉應力和最大壓應力所在， 這說明凹模在只承受內(nèi)壓力的作用下，其危險斷面 是在凹模的內(nèi)壁處，破壞首先在凹模的內(nèi)壁處發(fā) 生[14]。因此，當危險面處于安全狀態(tài)，模具整體就 可以處于安全狀態(tài)。
圖4厚壁筒模型 a)只承受內(nèi)壓力扣的應力分布圖；b)單元體受力示意圖 Fig. 4 Model of thick-walled tube
在工作狀態(tài)下，整個預應力纏繞模具模芯內(nèi)表 面處于最危險的狀態(tài)，為保證模具及纏繞層內(nèi)的應 力控制在安全范圍內(nèi)，根據(jù)模具材料所滿足的屈服 準則求得模具所需的預應力大小。總的預應力九由 兩部分組成：鋼帶纏繞產(chǎn)生的預應力i和工作壓力 導致的工作預應力Afl，即：pl=pl+l^pl o
纏繞模具在工作狀態(tài)下滿足等強度理論，即當 發(fā)生斷裂破壞時鋼帶同時失效。在工作狀態(tài)下對每 一層鋼帶進行分析。為纏繞至第^層時，第^ 層與第n — 1層之間的徑向?qū)娱g壓力是連續(xù)多層鋼帶 纏繞層外層的徑向壓力，與模芯的徑向壓力是不
采用文獻[15]中組合模具為分析對象，該文 獻中模具采用的是三層預應力環(huán)組合凹模結(jié)構(gòu)，外 層直徑是296mm。在相同的模芯材料、外形尺寸， 相同的工作載荷下，模芯材料為W6Mo5Cr4V2,采 用材料為65Mn、厚度為0. 1mm (根據(jù)STRECON A/S在其網(wǎng)站上公布的已有產(chǎn)品資料）的鋼帶進行
纏繞獲得鋼帶纏繞預應力模具，鋼帶許用強度〃sd = 900MPaCl6] 0計算模型參數(shù)如表1。
表1算例1模型參數(shù) 1609
根據(jù)本文推導的公式，假設模芯材料為塑性材 料，將上述參數(shù)帶入程序進行計算，結(jié)果為483層。 最外層尺寸是204. 6mm。與文獻[14]中組合凹模 的外形尺寸相比較，尺寸減小了 30. 8%,由此可以 看出，在模型條件相同的情況下，纏繞模具的機構(gòu) 比組合模具的結(jié)構(gòu)更緊湊，這也同時證實了鋼帶纏 繞預應力模具的優(yōu)點。
£：.鋼帶纏繞_.&力模具纏繞位數(shù)的計算 -X
2.2算例2
在整個推導過程中，根據(jù)模具材料的具體性質(zhì)， 當材料為脆性材料時，許用極限一般小于lOOOMPa (常用的脆性模具材料如陶瓷、硬質(zhì)合金等），適用 于第一強度理論；當材料為塑性材料時，適用于第 三強度理論，而且要求(扣sm — p0) >0,因此，為 使模芯材料為脆性材料與塑性材料具有可比性，取 工作載荷p0 = 900MPa,模芯許用強度= 900MPa。計算模型的其他參數(shù)選取與算例1相同， 比較當模芯材料為脆性材料和塑性材料時的不同， 計算結(jié)果為：脆性材料822層，塑性材料415層。
可以看出，脆性材料模芯所需的纏繞層數(shù)大于 塑性材料模芯的纏繞層數(shù)。換言之，當其他條件都 相同時，脆性
