钢锭锻造用套筒套的设计与计算
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筒。
～ ＼
Ｉ 一矗 ｌ ． 工 一
’ ０
血
一
—
／
图 １
１ 按 照悬 臂 梁假设 推导 公式
钢 锭 尺寸示 意 图 见 图 １ 锭 身 重 量 与 重 心 的 ， 计 算公 式 如下 ：
＝
÷１（ ｖ２ ｒ） Ｔ ｒ＋ ＋Ｉ ２
Ｇ ｐ ： ｒ ＋Ｉ＋ ＝Ｖ 譬竹（ ｒ ｒ） ｇ ２ ｒ ｌ ２ ２
ｓ ｅｅ ａｋｔｓｈ ｅ ｏ ｔｏ ｅｉ ｅｓ ｅｅ Ｔ ｅｒ ｅｓ ｖｒｙｅｉ ｅｅｔ ｌｅｓｎｎ ｒ ｕａａｐｏｃｅ ｅ ｌ ｖ ｃｅ ｉ ｔｅ ｙ ｉ ｓ ｎｔ ｅｖ． ｈ ｌａｅｌ ｅ ｐ ｆｒｎ ａ ｒａｏｉｇｆ ｍ ｌ ｒａｈｓ ｎｔ ｅ ｊ ｋ ｐ ｎｔｄ ｇ ｈ ｌ ｅ ｅ ｔ ｎ ｉ ｏ ｐ ｉ ｈ
２
一
丁㈩
＝
４ １ Ｑ（
） （簧 ＝ １） 一
４ （ Ｇ
接触 ， Ｂ处 平衡 力 矩 为 Ｆ ， 时支 点 Ａ处 承 受 的 这
集 中力为 Ｆ， 则有 ：
Ｇ ：ｈ ｌ ＝
Ｆｌ
Ｆ ｙ ＝Ｏ ３ （ ） － Ｔ≤ ＋
㈩
＝ 一
４Ｇ ｈ２ ｙ
，
ｒ㈩
（ 卜 ） ｙ ） 一 等
ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｒ ａｉ ． ｒ ｄ ｃ ｉ ｅ ｌ ｙ ｏ ｔ Ｋｅ ｒ ｓ ｉｇ ｔ ｕ ｉ ａｙ ｔ ｏ ｏ ｒ ｉ ｇ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｃ ｌｕ ａｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ：ｎ ｏ ；ａ ｘ ｌ ｒ ｏ ｌ ｒｆ ｇｎ ；ｄ ｓｇ ｎ ａｃ ｌ ｔ ｉ ｆ ｏ ｏ
２ —
Ｇ 矗
一
— ’ —
ｊ
Ｆ ０ ＝ １ Ｇ） （） 了（ ４
图３
Ｆ
Ｆ ） 了 Ｇ）Ｖ ３ Ｚ ２ 尺 ＋Ｒ ］ （ ＝１（ ４ ＋（ｈ 一 Ｒ ） ｎ ｚ
（ 下转第 ３ ４页 ）
＝ ３￣Ｒ２ １ 一 ～ ｒ
Ｆ Ｇ Ｇ （－２ Ｆ １Ｉ ） － ｈ
＝ ＋ ｌ＝ — — —
Ｆｙ （ ）＝ｏ（ ） ３－ｙ －ｙ ＋ ￣ ） （
４Ｇ ｈ２ ｙ
盯
， ＋ ３， Ｇ ． １ ２ ４ （
一
２
Ｒ
）
＼
．
＇
＝
１（４ ［ Ｇ） ３
剪切 强度 条件 －ｍ －４ Ｇ ≤丁 ＝ ／ ＂ ａ Ｔｘ ２
，
≥（
） ÷
以一 重 ２５ｔ ０ 以上钢锭 的计算 结果 来看 ， 曲 弯
拉应 力 引起 的破坏 最 大 ， 应 的最 小 钳 口半 径最 相
大。
（ ｒ） ｒ ｏ 一Ｏ ＋６ Ｚｙ ｙ＋ ） ｘ （２＋ ２ ］ ｘ
＝ｏ ， ｙ ｒ ， ｙ ｙ ｒｚ ｘ＝０
Ｊ２＝ ２ ３ ／
ｒ Ｏ ＋３ｒ ＂ ≤ ４Ｇｈ ｙ ２
＝ ＝
２ 按照杠 杆式假 设 推导公 式 假设 考虑钢 锭 钳 口直 径 略 小 于套 简 直 径 ， 则
二者 接触 成为杠 杆 式 ， 图 ３ 见 。在 Ａ、 Ｂ二处 为线
ｈ （２ ２１２ ３ ｌ） ２ ｒ ＋ ｒｒ ＋ ｒ ｈ ４ｒ （２ ｌ ＋ ｌ） ＋ｒ ２ ｒ ｒ
ｈ （ｒ ｌ ３２ ＋２１ ＋ｒ ） ｒｒ ｌ ２ ｈ 一４ １ ｒｒ ＋ ） （２ ｌ ＂ ＋ ２ ｈ （ ｒ ２ ｌ ＋ｒ Ｉ ３２ ＋ ｒｒ １ ２ ）
Ｔ ｅ Ｄｅｉｎ ａ ｄ Ｃ ｌｕａｉｎｏ ｌｅ ｅＪ ｃ ｅ ０ ｏｇｎ ｈ ｓｇ ｎ ａｃ ｌｔ ｎ Ｓｅ ｖ ａ ｋ ｔｆｒＦ ｒｉｇ ｏ
Ｃａ ｉｕ ｎ，ｊ ｅ，Ｃｈ ｎ ｎ ｙ ｏＺｈ ｙ ａ ｉＸｕ ｅ ｇ Ｘｉ ｇ ｅ，Ｎｉ ａ ｇ ｉ ｕ Ｇｕ ｎ ｂｎ
图 ２
ｈ （２ ２ １ ＋ ｒ ２ ｒ ＋ ｒ ２ ３ ｌ ＂ １ ）
Ｏ＇ ｘ ＝ ｍａ
＝ ｒ ，Ｒ３， ｒ 一 Ｗｚ：
假设钢锭钳 口与翻钢机套筒紧密接触 ， 可认 为钢 锭是 一个 悬 臂梁 ， 图 ２所 示 。 如
外 载 荷 ： ＝Ｇ Ｑ＝Ｇ ｈ，
一， 竽 丁
＝ ＝一
ｚ
Ｒ
一 一） Ｒ 妥
（ ２
，
４Ｑ ３ Ａ １一 Ａ（ － ３
，
那 么 Ｆ（ ）＞Ｆ（ ） Ｆ（ ＝ 尺 ０ ， 尺）
其 中 ：ｚ ，：
， （ ）：２ ｎ ＿ｙ ） Ｓ ｙ ６ｙ （ ｚ ｚ ｚ（ ） １
如 果 （ ２ ≤了 ） １ ｈ
，
＝２
了 ＝了 （ 一ｙ）。以 ２ 尺 ｝
《 型铸锻件》 大
ＨＥ ＡＶＹ Ｃ Ｔ ＮＧ ＡＮ Ｆ ＡＳ Ｉ Ｄ ＯＲＧＩ 『 ＮＧ
一
一
一
（２ ｈ
＝
）
“ 一 ３ 耵Ｒ 一 ３ Ａ
位置 Ｙ的弯 曲剪应 力 ：
丁㈩
如果 （ ２ ＞１ ） 了 ｈ
一
‘一 ｂ（ ３ｒＱ Ｙ 一ｒ ’Ｉ Ｒ ）４
Ａ ｂｓｒ ｃ Ｔｈ ｌｅ ｅ ｉ ｈｅ ｅｓｅ ｔａ ｕ ｌａｙ ｔ ｏ ｉ ｐ ｎ ｆ ｒ ｉｇ ｏ ａｇ ｎ ｏ ． Ｔｈ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｃ ｌｕｌｔｏ ｆ ｔ ａ ｔ： ｅ ｓｅ ｖ ｓ ｔ ｓ ｎ ｉｌａ ｘｉ ｒ ｏ ｌ ｎ ｏ ｅ ｏ ｇｎ ｆｌｒ ｅ ｉｇ ｔ ｉ ｅ ｄ ｓｇ ｎ ａ ｃ ａ ｉｎ ｏ
《 大型铸锻件》
ＨＥＡ ＶＹ ＡＳ ＮＧ ＡＮＤ ＯＲＧＩ Ｃ ＴＩ Ｆ ＮＧ
Ｎｏ． ５
Ｓ ｐｅ ｅ ０ ｅ ｔｍｂ ｒ １ ２ １
钢锭锻造用套筒套的设计 与计算
曹志远 季 雪 程幸叶 牛广斌
（ 天津重 型装备 工程 研究 有限公司 ， 天津 ３ ０ ５ ） ０４ ７
套 筒是 大 型钢锭 自由锻造 时不 可缺 少 的锻造 附具 ， 与 钢锭 的 钳 口配合 在 天 车 配 备 的 翻钢 机 其 的 带动 下来 实现 钢锭 的移 动和 旋转 。随 着工业 的 发 展和 锻压 水平 的提 高 ， 压 机 锻 造 钢锭 的最 大 水 吨 位也 由 ２０ｔ 向更 大 吨位迈 进 ， ０ 级 即使 新型 水压 机 配备 了大 型操作 机也 不 能完 全替代 套筒 这种 传 统 的锻造 附具 ， 以有 必 要 设 计更 大 吨位 级 的套 所
位置 Ｙ的弯 曲正应力 ：
Ｏ Ｙ ４ ｙ ｒ Ｍ ）＝
（ ） 曲正 应力 １弯
最 大 弯 曲正 应力 ：
收 稿 日期 ：０ ｌ ４ ＿ １ ２ １—ｏ ＿０
（ ） 曲剪应 力 ２弯
Fra Baidu bibliotek
最大弯曲剪应力 ：
２ ９
ＮＯ ５ ． Ｓ ｐ ｅ ｅ ０１ ｅ ｔ ｍｂ ｒ２ １
摘要 ： 套筒是大型钢锭 自由锻造 时不可缺少 的锻造 附具 。其 中套筒套 的设计 与强度计 算是套 筒附具设 计
的关键所在 。杠杆式 推导公式更 接近于生产实际 。 关键词 ： 钢锭 ； 锻造 附具 ； 设计与计算
中 图分 类号 ：Ｇ １ ． ２ Ｔ ３５１ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
＝ — ：
ｘ
＜ ｒ －－ ｏ
ｓ ，
Ｒ￣ （ ＞ （
） ｝ ） 丁
Ｒ≥ （ Ｇ ２ ４ ｈ）
剪 切强 度条件 ： ≤ ㈤ ＝ ．９ Ｍ ａ ５５ Ｐ
÷， ㈦ ４ ≥— 一 ） ／， （ ） ｉ ｆ ＝ 一 ｓ 赢 ｝ Ｇ Ｒ ２ ３ ‘
（ ） ｓｓ ４ Ｍｉ 屈服 准则 ｅ （ 一 ＋（ 一 ＋
≥（
这个 结果 与前 面 的结 论一 致 。为 了有更 大 的
保 险系数 ， 我们 假设 ＝Ｏ／ ， 断准则 为 ： ｒ ２判 弯 曲强度 条件 ： ＝ ２ … ４ ≤ Ｇ ｈ
，
弯 曲强 度条件 ：ｒ ≤ ＝９６ ａ ｏ … ．９ＭＰ ，
， ｌ２ ｖ ｖ
＋（
一
ｙ）］
Ｉ
＝
１（４ ［４ ３２ ２ ２ｙ ＋尺 ］ Ｇ） ｙ ＋（ｈ — Ｒ ） ２
Ｂ
】
Ｆ Ｙ 是一 个开 口朝 上 的抛 物 线 ， （） 其最 大 值 位
于 两端 ， Ｙ＝ 和 Ｙ＝ 即 ０， Ｒ
＼
Ｆ ｙ ＝１ Ｇ） ［４ （ｈ ２ ｙ ］ （） 了（ ４ ｙ ＋ ３ ２ Ｒ ） ＋
那么 Ｆ（ ） ０ ≥Ｆ（ ） Ｆ ０ ， （ ）＝
１ ４Ｇ ，
２尺
３ ＣＮ４ ｏ ０ ｒｉＭ Ｖ钢为例 ， 锻温 度 Ｔ＝１ ５ ￣ 始 ０Ｃ时强度 ２
最 低 ， ９ ６ Ｐ ， ＝１ ｒ Ｏ ＝ ．９ Ｍ ａ ７ ＂ （） ３ 两种 强度 考虑 ＝ ．９ＭＰ 。 ５ ５ ａ
～ ＼
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血
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图 １
１ 按 照悬 臂 梁假设 推导 公式
钢 锭 尺寸示 意 图 见 图 １ 锭 身 重 量 与 重 心 的 ， 计 算公 式 如下 ：
＝
÷１（ ｖ２ ｒ） Ｔ ｒ＋ ＋Ｉ ２
Ｇ ｐ ： ｒ ＋Ｉ＋ ＝Ｖ 譬竹（ ｒ ｒ） ｇ ２ ｒ ｌ ２ ２
ｓ ｅｅ ａｋｔｓｈ ｅ ｏ ｔｏ ｅｉ ｅｓ ｅｅ Ｔ ｅｒ ｅｓ ｖｒｙｅｉ ｅｅｔ ｌｅｓｎｎ ｒ ｕａａｐｏｃｅ ｅ ｌ ｖ ｃｅ ｉ ｔｅ ｙ ｉ ｓ ｎｔ ｅｖ． ｈ ｌａｅｌ ｅ ｐ ｆｒｎ ａ ｒａｏｉｇｆ ｍ ｌ ｒａｈｓ ｎｔ ｅ ｊ ｋ ｐ ｎｔｄ ｇ ｈ ｌ ｅ ｅ ｔ ｎ ｉ ｏ ｐ ｉ ｈ
２
一
丁㈩
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４ １ Ｑ（
） （簧 ＝ １） 一
４ （ Ｇ
接触 ， Ｂ处 平衡 力 矩 为 Ｆ ， 时支 点 Ａ处 承 受 的 这
集 中力为 Ｆ， 则有 ：
Ｇ ：ｈ ｌ ＝
Ｆｌ
Ｆ ｙ ＝Ｏ ３ （ ） － Ｔ≤ ＋
㈩
＝ 一
４Ｇ ｈ２ ｙ
，
ｒ㈩
（ 卜 ） ｙ ） 一 等
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一
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Ｆ ０ ＝ １ Ｇ） （） 了（ ４
图３
Ｆ
Ｆ ） 了 Ｇ）Ｖ ３ Ｚ ２ 尺 ＋Ｒ ］ （ ＝１（ ４ ＋（ｈ 一 Ｒ ） ｎ ｚ
（ 下转第 ３ ４页 ）
＝ ３￣Ｒ２ １ 一 ～ ｒ
Ｆ Ｇ Ｇ （－２ Ｆ １Ｉ ） － ｈ
＝ ＋ ｌ＝ — — —
Ｆｙ （ ）＝ｏ（ ） ３－ｙ －ｙ ＋ ￣ ） （
４Ｇ ｈ２ ｙ
盯
， ＋ ３， Ｇ ． １ ２ ４ （
一
２
Ｒ
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＼
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＇
＝
１（４ ［ Ｇ） ３
剪切 强度 条件 －ｍ －４ Ｇ ≤丁 ＝ ／ ＂ ａ Ｔｘ ２
，
≥（
） ÷
以一 重 ２５ｔ ０ 以上钢锭 的计算 结果 来看 ， 曲 弯
拉应 力 引起 的破坏 最 大 ， 应 的最 小 钳 口半 径最 相
大。
（ ｒ） ｒ ｏ 一Ｏ ＋６ Ｚｙ ｙ＋ ） ｘ （２＋ ２ ］ ｘ
＝ｏ ， ｙ ｒ ， ｙ ｙ ｒｚ ｘ＝０
Ｊ２＝ ２ ３ ／
ｒ Ｏ ＋３ｒ ＂ ≤ ４Ｇｈ ｙ ２
＝ ＝
２ 按照杠 杆式假 设 推导公 式 假设 考虑钢 锭 钳 口直 径 略 小 于套 简 直 径 ， 则
二者 接触 成为杠 杆 式 ， 图 ３ 见 。在 Ａ、 Ｂ二处 为线
ｈ （２ ２１２ ３ ｌ） ２ ｒ ＋ ｒｒ ＋ ｒ ｈ ４ｒ （２ ｌ ＋ ｌ） ＋ｒ ２ ｒ ｒ
ｈ （ｒ ｌ ３２ ＋２１ ＋ｒ ） ｒｒ ｌ ２ ｈ 一４ １ ｒｒ ＋ ） （２ ｌ ＂ ＋ ２ ｈ （ ｒ ２ ｌ ＋ｒ Ｉ ３２ ＋ ｒｒ １ ２ ）
Ｔ ｅ Ｄｅｉｎ ａ ｄ Ｃ ｌｕａｉｎｏ ｌｅ ｅＪ ｃ ｅ ０ ｏｇｎ ｈ ｓｇ ｎ ａｃ ｌｔ ｎ Ｓｅ ｖ ａ ｋ ｔｆｒＦ ｒｉｇ ｏ
Ｃａ ｉｕ ｎ，ｊ ｅ，Ｃｈ ｎ ｎ ｙ ｏＺｈ ｙ ａ ｉＸｕ ｅ ｇ Ｘｉ ｇ ｅ，Ｎｉ ａ ｇ ｉ ｕ Ｇｕ ｎ ｂｎ
图 ２
ｈ （２ ２ １ ＋ ｒ ２ ｒ ＋ ｒ ２ ３ ｌ ＂ １ ）
Ｏ＇ ｘ ＝ ｍａ
＝ ｒ ，Ｒ３， ｒ 一 Ｗｚ：
假设钢锭钳 口与翻钢机套筒紧密接触 ， 可认 为钢 锭是 一个 悬 臂梁 ， 图 ２所 示 。 如
外 载 荷 ： ＝Ｇ Ｑ＝Ｇ ｈ，
一， 竽 丁
＝ ＝一
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一 一） Ｒ 妥
（ ２
，
４Ｑ ３ Ａ １一 Ａ（ － ３
，
那 么 Ｆ（ ）＞Ｆ（ ） Ｆ（ ＝ 尺 ０ ， 尺）
其 中 ：ｚ ，：
， （ ）：２ ｎ ＿ｙ ） Ｓ ｙ ６ｙ （ ｚ ｚ ｚ（ ） １
如 果 （ ２ ≤了 ） １ ｈ
，
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《 型铸锻件》 大
ＨＥ ＡＶＹ Ｃ Ｔ ＮＧ ＡＮ Ｆ ＡＳ Ｉ Ｄ ＯＲＧＩ 『 ＮＧ
一
一
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位置 Ｙ的弯 曲剪应 力 ：
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如果 （ ２ ＞１ ） 了 ｈ
一
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Ａ ｂｓｒ ｃ Ｔｈ ｌｅ ｅ ｉ ｈｅ ｅｓｅ ｔａ ｕ ｌａｙ ｔ ｏ ｉ ｐ ｎ ｆ ｒ ｉｇ ｏ ａｇ ｎ ｏ ． Ｔｈ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｃ ｌｕｌｔｏ ｆ ｔ ａ ｔ： ｅ ｓｅ ｖ ｓ ｔ ｓ ｎ ｉｌａ ｘｉ ｒ ｏ ｌ ｎ ｏ ｅ ｏ ｇｎ ｆｌｒ ｅ ｉｇ ｔ ｉ ｅ ｄ ｓｇ ｎ ａ ｃ ａ ｉｎ ｏ
《 大型铸锻件》
ＨＥＡ ＶＹ ＡＳ ＮＧ ＡＮＤ ＯＲＧＩ Ｃ ＴＩ Ｆ ＮＧ
Ｎｏ． ５
Ｓ ｐｅ ｅ ０ ｅ ｔｍｂ ｒ １ ２ １
钢锭锻造用套筒套的设计 与计算
曹志远 季 雪 程幸叶 牛广斌
（ 天津重 型装备 工程 研究 有限公司 ， 天津 ３ ０ ５ ） ０４ ７
套 筒是 大 型钢锭 自由锻造 时不 可缺 少 的锻造 附具 ， 与 钢锭 的 钳 口配合 在 天 车 配 备 的 翻钢 机 其 的 带动 下来 实现 钢锭 的移 动和 旋转 。随 着工业 的 发 展和 锻压 水平 的提 高 ， 压 机 锻 造 钢锭 的最 大 水 吨 位也 由 ２０ｔ 向更 大 吨位迈 进 ， ０ 级 即使 新型 水压 机 配备 了大 型操作 机也 不 能完 全替代 套筒 这种 传 统 的锻造 附具 ， 以有 必 要 设 计更 大 吨位 级 的套 所
位置 Ｙ的弯 曲正应力 ：
Ｏ Ｙ ４ ｙ ｒ Ｍ ）＝
（ ） 曲正 应力 １弯
最 大 弯 曲正 应力 ：
收 稿 日期 ：０ ｌ ４ ＿ １ ２ １—ｏ ＿０
（ ） 曲剪应 力 ２弯
Fra Baidu bibliotek
最大弯曲剪应力 ：
２ ９
ＮＯ ５ ． Ｓ ｐ ｅ ｅ ０１ ｅ ｔ ｍｂ ｒ２ １
摘要 ： 套筒是大型钢锭 自由锻造 时不可缺少 的锻造 附具 。其 中套筒套 的设计 与强度计 算是套 筒附具设 计
的关键所在 。杠杆式 推导公式更 接近于生产实际 。 关键词 ： 钢锭 ； 锻造 附具 ； 设计与计算
中 图分 类号 ：Ｇ １ ． ２ Ｔ ３５１ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
＝ — ：
ｘ
＜ ｒ －－ ｏ
ｓ ，
Ｒ￣ （ ＞ （
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Ｒ≥ （ Ｇ ２ ４ ｈ）
剪 切强 度条件 ： ≤ ㈤ ＝ ．９ Ｍ ａ ５５ Ｐ
÷， ㈦ ４ ≥— 一 ） ／， （ ） ｉ ｆ ＝ 一 ｓ 赢 ｝ Ｇ Ｒ ２ ３ ‘
（ ） ｓｓ ４ Ｍｉ 屈服 准则 ｅ （ 一 ＋（ 一 ＋
≥（
这个 结果 与前 面 的结 论一 致 。为 了有更 大 的
保 险系数 ， 我们 假设 ＝Ｏ／ ， 断准则 为 ： ｒ ２判 弯 曲强度 条件 ： ＝ ２ … ４ ≤ Ｇ ｈ
，
弯 曲强 度条件 ：ｒ ≤ ＝９６ ａ ｏ … ．９ＭＰ ，
， ｌ２ ｖ ｖ
＋（
一
ｙ）］
Ｉ
＝
１（４ ［４ ３２ ２ ２ｙ ＋尺 ］ Ｇ） ｙ ＋（ｈ — Ｒ ） ２
Ｂ
】
Ｆ Ｙ 是一 个开 口朝 上 的抛 物 线 ， （） 其最 大 值 位
于 两端 ， Ｙ＝ 和 Ｙ＝ 即 ０， Ｒ
＼
Ｆ ｙ ＝１ Ｇ） ［４ （ｈ ２ ｙ ］ （） 了（ ４ ｙ ＋ ３ ２ Ｒ ） ＋
那么 Ｆ（ ） ０ ≥Ｆ（ ） Ｆ ０ ， （ ）＝
１ ４Ｇ ，
２尺
３ ＣＮ４ ｏ ０ ｒｉＭ Ｖ钢为例 ， 锻温 度 Ｔ＝１ ５ ￣ 始 ０Ｃ时强度 ２
最 低 ， ９ ６ Ｐ ， ＝１ ｒ Ｏ ＝ ．９ Ｍ ａ ７ ＂ （） ３ 两种 强度 考虑 ＝ ．９ＭＰ 。 ５ ５ ａ