RU2538063C1 - Forging hammer stock - Google Patents

Forging hammer stock Download PDF

Info

Publication number
RU2538063C1
RU2538063C1 RU2013130406/02A RU2013130406A RU2538063C1 RU 2538063 C1 RU2538063 C1 RU 2538063C1 RU 2013130406/02 A RU2013130406/02 A RU 2013130406/02A RU 2013130406 A RU2013130406 A RU 2013130406A RU 2538063 C1 RU2538063 C1 RU 2538063C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hammer
rod
stock
stresses
place
Prior art date
Application number
RU2013130406/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013130406A (en
Inventor
Наталья Анатольевна Ильина
Юрий Николаевич Санкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова"
Priority to RU2013130406/02A priority Critical patent/RU2538063C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2538063C1 publication Critical patent/RU2538063C1/en
Publication of RU2013130406A publication Critical patent/RU2013130406A/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: forging hammer stock is provided with a blind axial stepped hole. Steps of the hole are located with reduction of their diameter from the stock end opposite to the place of its embedment into a hammer head. The result is achieved due to redistribution of stresses in different sections of the stock at impact action.
EFFECT: reduction of loads occurring in a stock embedment place, which allows reducing costs caused by replacement of stocks and failure of equipment during its replacement period.
7 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в промышленном производстве.The invention relates to the field of engineering and can be used in industrial production.

Задачей изобретения является создание штока ковочного молота, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в повышении надежности штока и увеличение срока эксплуатации за счет снижения механических нагрузок, возникающих при работе ковочного молота.The objective of the invention is the creation of a forging hammer rod, which provides a technical result, consisting in increasing the reliability of the rod and increasing the service life by reducing mechanical stresses that occur during operation of the forging hammer.

Известны штоки ковочных молотов, имеющие сплошное поперечное сечение согласно ГОСТ 9752-75.Known forging hammer rods having a solid cross section according to GOST 9752-75.

Из аналогов уровня техники за прототип может быть принят шток ковочного молота M1345 (см. ГОСТ 9752-75). Существующая конструкция штока приведена на фиг.1.From the analogues of the prior art, the rod of the forging hammer M1345 can be taken as a prototype (see GOST 9752-75). The existing stem design is shown in figure 1.

Недостатком известной конструкции является недостаточная надежность и долговечность штока в месте его заделки в бабу.A disadvantage of the known design is the lack of reliability and durability of the rod in the place of its incorporation into the woman.

Техническим результатом изобретения является снижение нагрузок, возникающих в месте заделки штока в бабу, и направлено на повышение надежности штоков, что позволяет увеличить срок их эксплуатации и, тем самым, сократить материальные потери от замены штоков и от простоя оборудования в период их замены.The technical result of the invention is to reduce the stresses arising at the place of stemming into the shaft, and is aimed at increasing the reliability of the rods, which allows to increase their service life and, thereby, reduce material losses from replacing the rods and from equipment downtime during their replacement.

Указанный технический результат в изобретении достигается тем, что в качестве новой конструкции штока применяется шток с глухим осевым ступенчатым отверстием, ступени которого расположены с уменьшением их диаметра от одного конца, противоположного месту заделки штока в бабу молота.The specified technical result in the invention is achieved by the fact that, as a new rod design, a rod with a blind axial stepped hole is used, the steps of which are located with decreasing diameter from one end opposite to the place where the rod is sealed in the hammer head.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.2 представлена предлагаемая конструкция штока, имеющая глухое осевое ступенчатое отверстие, ступени которого расположены с уменьшением их диаметра от одного конца, противоположного месту заделки штока в бабу молота;The invention is illustrated by drawings, where figure 2 presents the proposed design of the rod having a blind axial stepped hole, the steps of which are located with a decrease in their diameter from one end opposite to the location of the rod in the hammer hammer;

фиг.3 - принципиальная расчетная схема молота, позволяющая проводить вариантные расчеты в случае существующей и предлагаемой конструкции штока, на которой изображены 1-19 - узлы системы, 20 - поршень, 21 - шток, 22 - баба, 23 - верхний боек, 24 - заготовка, 25 - нижний боек, 26 - подушка, 27 - шабот, где участки 7-8, 12-13, 14-15 моделируют стыки, узлы 17, 18, 19 моделируют упругое основание;figure 3 - schematic design diagram of the hammer, allowing for variant calculations in the case of the existing and proposed design of the rod, which shows 1-19 - system nodes, 20 - piston, 21 - rod, 22 - woman, 23 - top striker, 24 - billet, 25 - lower hammer, 26 - pillow, 27 - shabot, where sections 7-8, 12-13, 14-15 model joints, nodes 17, 18, 19 model an elastic base;

фиг.4 - графики напряжений σ (t) и амплитудно-фазо-частотные характеристики (АФЧХ) усилий в месте заделки штока в бабу для заготовки из стали 45 и скорости соударения V=4 м/с;figure 4 - graphs of stresses σ (t) and the amplitude-phase-frequency characteristics (AFC) of the efforts at the site of embedment of the rod in the headstock for a workpiece made of steel 45 and the impact velocity V = 4 m / s;

фиг.5 - распределение максимальных напряжений σmax в падающих частях молота при соударении со скоростью V=3 м/с с заготовкой размером ⌀180×465 мм в момент времени t=0,01 с, где сплошной линией показаны напряжения, возникающие при материале заготовки - сталь 45, пунктирной - при материале заготовки - алюминиевый сплав АК6;figure 5 - distribution of the maximum stresses σ max in the falling parts of the hammer upon impact with a speed of V = 3 m / s with a workpiece of size ⌀180 × 465 mm at time t = 0.01 s, where the solid line shows the stresses arising from the material billets - steel 45, dotted - with the material of the billet - aluminum alloy AK6;

фиг.6 - распределение максимальных напряжений в падающих частях молота при соударении со скоростью V=3 м/с с заготовкой размером ⌀180×465 мм в момент времени t=0,01, где сплошная линия - кривая, в случае известной конструкции штока, пунктирная линия - кривая, в случае предлагаемой конструкции штока;6 - distribution of the maximum stresses in the falling parts of the hammer upon impact at a speed of V = 3 m / s with a workpiece of size ⌀180 × 465 mm at time t = 0.01, where the solid line is a curve, in the case of a known rod design, dashed line - curve, in the case of the proposed rod design;

фиг.7 - сравнение теоретических и экспериментальных амплитуд напряжений σ в месте заделки штока в бабу в случае разных заготовок и скоростей соударения (а - сталь 45, V=4 м/с; б - титановый сплав ОТ4, V=6 м/с; в - алюминиевый сплав АК6, V=6 м/с), где сплошная линия - экспериментальная кривая, пунктирная линия - теоретическая кривая.Fig.7 is a comparison of theoretical and experimental amplitudes of stresses σ at the place of embedment of the rod into the woman in the case of different workpieces and impact speeds (a - steel 45, V = 4 m / s; b - titanium alloy OT4, V = 6 m / s; c - aluminum alloy AK6, V = 6 m / s), where the solid line is the experimental curve, the dashed line is the theoretical curve.

Снижение напряжений достигается за счет перераспределения напряжений при ударном воздействии в различных сечениях штока.Stress reduction is achieved due to the redistribution of stresses during impact in various sections of the rod.

Прочность деталей молота, качественные показатели этой машины зависят от силы сопротивления поковки деформированию. У каждого молота существует предельная поковка, при которой долговечность слабейшего звена (штока) оказывается неудовлетворительной. Шток постоянного сечения весьма далек от равнопрочного состояния, поскольку работает в условиях больших ударных нагрузок, испытывая при ударе напряжение от продольных сил. В месте заделки штока в бабу одновременно действуют два неблагоприятных фактора: возникает максимальное динамическое напряжение и имеет место наибольшая концентрация напряжений. В итоге подавляющее число поломок таких штоков происходит в одном и том же сечении - в заделке.The strength of the parts of the hammer, the quality indicators of this machine depend on the strength of the forging resistance to deformation. Each hammer has a limiting forging, in which the durability of the weakest link (rod) is unsatisfactory. The rod of constant cross section is very far from an equal strength state, since it works under conditions of high shock loads, experiencing stress from longitudinal forces during impact. Two unfavorable factors act simultaneously in the place of stemming the rod into the woman: the maximum dynamic stress arises and the highest stress concentration takes place. As a result, the overwhelming number of breakdowns of such rods occurs in the same section - in the seal.

Таким образом, при исследовании надежности и долговечности деталей и узлов молота возникает необходимость в определении действующих нагрузок.Thus, in the study of the reliability and durability of parts and components of the hammer, it becomes necessary to determine the current loads.

Рассмотрим для примера паровоздушный ковочный молот арочного типа модели M1345 (фиг.3).Consider, for example, an air-forged hammer forging arch type M1345 model (figure 3).

Для выполнения расчетов напряженно-деформированного состояния, а также расчета и проектирования устройства для измерения скорости падающих частей молота необходимо получить значение максимальной скорости. Она может быть определена по формуле для кинетической энергииTo perform calculations of the stress-strain state, as well as the calculation and design of a device for measuring the speed of the falling parts of the hammer, it is necessary to obtain the maximum speed value. It can be determined by the formula for kinetic energy

K = m V 2 2

Figure 00000001
, K = m V 2 2
Figure 00000001
,

где m - масса падающих частей молота, кг;where m is the mass of the falling parts of the hammer, kg;

V - начальная скорость соударения, м/с;V is the initial impact velocity, m / s;

K - кинетическая энергия, Дж.K - kinetic energy, J.

Для молота модели M1345 масса падающих частей m=3150 кг, K=80 кДж. Тогда максимальная скорость будет равнаFor the hammer of model M1345, the mass of the falling parts is m = 3150 kg, K = 80 kJ. Then the maximum speed will be equal

V max = 2 K m = 7 , 1 м с

Figure 00000002
. V max = 2 K m = 7 , one m from
Figure 00000002
.

Доказано, что динамический расчет падающих частей ковочного молота без учета деформации поковки совершенно недопустим [Щеглов, В.Ф. Совершенствование кузнечного оборудования ударного действия / В.Ф. Щеглов. - М.: Машиностроение, 1968. - 222 с., Зайденберг, Г.Я. Вопросы динамики скоростных штамповочных молотов: автореферат дис… д-ра. техн. наук / Г.Я. Зайденберг. - М, 1970, - 31 с]. Поковка моделируется в виде вязкоупругого тела Максвелла. Подкладка под шаботом, состоящая из дубовых брусьев, моделируется упругим основанием с сосредоточенной жесткостью с в соответствующих узлах системы. Поскольку соединение верхнего бойка с бабой, нижнего бойка с подушкой и подушки с шаботом осуществляется фигурным пазом типа «ласточкин хвост», то контактное взаимодействие таких стыков можно моделировать пружиной. Методика расчета контактных деформаций стыков с учетом реальных условий заимствована из работы [Левина, З.М. Контактная жесткость машин / З.М. Левина, Д.Н. Решетов. - М.: Машиностроение, 1971. - 267 с.].It is proved that the dynamic calculation of the falling parts of the forging hammer without taking into account the deformation of the forging is completely unacceptable [Scheglov, V.F. Perfection of forging equipment of shock action / V.F. Shcheglov. - M.: Mechanical Engineering, 1968. - 222 p., Seidenberg, G.Ya. Issues of the dynamics of high-speed stamping hammers: abstract of a thesis of ... Dr. tech. sciences / G.Ya. Seidenberg. - M, 1970, - 31 s]. The forging is modeled as a Maxwell viscoelastic body. The lining under the Shabbat, consisting of oak beams, is modeled by an elastic base with concentrated stiffness c in the corresponding nodes of the system. Since the connection of the upper striker with a woman, the lower striker with a pillow and pillow with a shabot is carried out by a curly dovetail groove, the contact interaction of such joints can be modeled by a spring. The methodology for calculating contact deformations of joints, taking into account real conditions, was borrowed from [Levina, Z.M. Contact rigidity of machines / Z.M. Levina, D.N. Reshetov. - M.: Mechanical Engineering, 1971. - 267 p.].

Рассмотрим частотный метод динамического расчета нестационарных колебаний ковочного молота в процессе ударного взаимодействия с заготовкой. Предлагаемая методика использует модификацию метода конечных элементов (МКЭ), основанную на точном интегрировании дифференциального уравнения для конечного элемента [Санкин, Ю.Н. Динамические характеристики вязко-упругих систем с распределенными параметрами / Ю.Н. Санкин. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1977. - 312 с.] и позволяет рассчитывать продольные и поперечные колебания стержней ступенчато-переменного сечения с учетом или без учета рассеяния энергии при соударении с жестким препятствием [Санкин, Ю.Н. Продольные колебания упругих стержней ступенчато-переменного сечения при соударении с жестким препятствием / Ю.Н. Санкин, Н.А. Юганова // Прикладная математика и механика. - М.: Изд-во «Наука», 2001. - Том 65. Вып.3. - С.444-450].Consider the frequency method for the dynamic calculation of unsteady oscillations of a forging hammer during impact interaction with a workpiece. The proposed methodology uses a modification of the finite element method (FEM) based on the exact integration of the differential equation for the finite element [Sankin, Yu.N. Dynamic characteristics of viscoelastic systems with distributed parameters / Yu.N. Sankin. - Saratov: Publishing house of Sarat. Univ., 1977. - 312 p.] and allows one to calculate the longitudinal and transverse vibrations of rods of stepwise variable cross section with or without energy dissipation in collisions with a hard obstacle [Sankin, Yu.N. Longitudinal vibrations of elastic rods of stepwise variable cross section upon impact with a rigid obstacle / Yu.N. Sankin, N.A. Yuganova // Applied Mathematics and Mechanics. - M .: Publishing House "Science", 2001. - Volume 65. Issue 3. - S. 444-450].

Предлагаемый подход справедлив для стержней неограниченной длины, поэтому разбиение на участки молота можно проводить в любых сечениях, но наиболее целесообразно там, где меняются физические или геометрические характеристики объекта. При составлении расчетной схемы молота считалось, что в штоке, бабе, бойках, подушке и верхней части шабота возникают продольные колебания, а в основании шабота - поперечные.The proposed approach is valid for rods of unlimited length, therefore, the division into sections of the hammer can be carried out in any sections, but it is most advisable where the physical or geometric characteristics of the object change. When drawing up the calculation scheme of the hammer, it was believed that longitudinal oscillations occur in the stock, woman, strikers, pillow and upper part of the Shabot, and transverse at the base of the Shabot.

Таким образом, расчетная схема ковочного молота (фиг.3) будет состоять из 19 узлов. Участки 7-8, 12-13 и 14-15 моделируют стыки. Узлы 17, 18 и 19 имеют упругое основание, заменяющее влияние подкладки из дубовых брусьев. На участках между 1 и 18 узлом имеют место продольные колебания, а на участках 17-18 и 18-19 - поперечные. На завершающей стадии удара верхний боек считается присоединившимся к заготовке (фиг.3).Thus, the design scheme of the forging hammer (figure 3) will consist of 19 nodes. Sections 7-8, 12-13, and 14-15 model joints. Knots 17, 18 and 19 have an elastic base, replacing the influence of the lining of oak beams. In sections between the nodes 1 and 18, longitudinal vibrations take place, and in sections 17-18 and 18-19 there are transverse vibrations. At the final stage of the impact, the upper striker is considered to have joined the workpiece (figure 3).

Предлагаемой расчетной схеме соответствует следующая система разрешающих уравнений для построения амплитудно-фазо-частотных характеристик (АФЧХ) перемещений:The proposed calculation scheme corresponds to the following system of resolving equations for constructing amplitude-phase-frequency characteristics (AFC) of displacements:

(S1,2-mω2)W1-T1,2W2=-T1,2[u2];(S 1,2 -mω 2 ) W 1 -T 1,2 W 2 = -T 1,2 [u 2 ];

-T1,2W1+(S1,2+S2,3)W2-T2,3W3=-T1,2[u1]-T2,3[u3];-T 1,2 W 1 + (S 1,2 + S 2,3 ) W 2 -T 2,3 W 3 = -T 1,2 [u 1 ] -T 2,3 [u 3 ];

-T2,3W2+(S2,3+S3,4)W3-T3,4W4=-T2,3[u2]-T3,4[u4];-T 2.3 W 2 + (S 2.3 + S 3.4 ) W 3 -T 3.4 W 4 = -T 2.3 [u 2 ] -T 3.4 [u 4 ];

-T3,4W3+(S3,4+S4,5)W4-T4,5W5=-T3,4[u3]-T4,5[u5];-T 3.4 W 3 + (S 3.4 + S 4.5 ) W 4 -T 4.5 W 5 = -T 3.4 [u 3 ] -T 4.5 [u 5 ];

-T4,5W4+(S4,5+S5,6)W6-T5,6W6=-T4,5[u4]-T5,6[u6];-T 4.5 W 4 + (S 4.5 + S 5.6 ) W 6 -T 5.6 W 6 = -T 4.5 [u 4 ] -T 5.6 [u 6 ];

-T5,6W5+(S5,6+S6,7)W6-T6,7W7=-T5,6[u5]-T6,7[u7];-T 5.6 W 5 + (S 5.6 + S 6.7 ) W 6 -T 6.7 W 7 = -T 5.6 [u 5 ] -T 6.7 [u 7 ];

-T6,7W6+S6,7W7+c7,8(W7-W8)=-T6,7[u6];-T 6.7 W 6 + S 6.7 W 7 + c 7.8 (W 7 -W 8 ) = - T 6.7 [u 6 ];

S8,9W8+c7,8(W8-W7)-T8,9W9=-T8,9[u9];S 8.9 W 8 + c 7.8 (W 8 -W 7 ) -T 8.9 W 9 = -T 8.9 [u 9 ];

-T8,9W9+(S8,9+S9,10)W9-T9,10W10=-T8,9[u8]-T9,10[u10];-T 8.9 W 9 + (S 8.9 + S 9.10 ) W 9 -T 9.10 W 10 = -T 8.9 [u 8 ] -T 9.10 [u 10 ];

-T9,10W9+(S9,10+S10,11)W10-T10,11W11=0;-T 9.10 W 9 + (S 9.10 + S 10.11 ) W 10 -T 10.11 W 11 = 0;

-T10,11W10+(S10,11+S11,12)W11-T11,12W12=0;-T 10.11 W 10 + (S 10.11 + S 11.12 ) W 11 -T 11.12 W 12 = 0;

-T11,12W11+S11,12W12+c12,13(W12-W13)=0;-T 11.12 W 11 + S 11.12 W 12 + c 12.13 (W 12 -W 13 ) = 0;

S13,14W12+c12,13(W13-W12)-T13,14W14=0;S 13.14 W 12 + c 12.13 (W 13 -W 12 ) -T 13.14 W 14 = 0;

-T13,14W13+S13,14W14+c14,15(W14-W15)=0;-T 13.14 W 13 + S 13.14 W 14 + c 14.15 (W 14 -W 15 ) = 0;

S15,16W15+c14,15(W15-W14)-T15,16W16=0;S 15.16 W 15 + c 14.15 (W 15 -W 14 ) -T 15.16 W 16 = 0;

-T15,16W15+(S15,16+S16,17)W16-T16,17W17=0;-T 15.16 W 15 + (S 15.16 + S 16 , 17 ) W 16 -T 16.17 W 17 = 0;

-T16,17W16+(S16,17+G17,18+G17,19+c17)W17-H17,18W18+D17,18φ8-H17,19W19+D17,19φ9=0;-T 16.17 W 16 + (S 16.17 + G 17.18 + G 17.19 + c 17 ) W 17 -H 17.18 W 18 + D 17.18 φ 8 -H 17.19 W 19 + D 17.19 φ 9 = 0;

-H17,18W17+(G17,18+c18)W18-K17,18φ18=0;-H 17.18 W 17 + (G 17.18 + c 18 ) W 18 -K 17.18 φ 18 = 0;

D17,18W17-K17,18W18+A17,18φ18=0;D 17.18 W 17 -K 17.18 W 18 + A 17.18 φ 18 = 0;

-H17,19W17+(G17,19+c19)W19-K17,19φ19=0;-H 17.19 W 17 + (G 17.19 + c 19 ) W 19 -K 17.19 φ 19 = 0;

-D17,19W17-K17,19W19+A17,19φ19=0,-D 17.19 W 17 -K 17.19 W 19 + A 17.19 φ 19 = 0,

где:Where:

S n k = E n k F n k l n k μ n k l n k 3 ω 2

Figure 00000003
, T n k = E n k F n k l n k + μ n k l n k 6 ω 2
Figure 00000004
; S n k = E n k F n k l n k - μ n k l n k 3 ω 2
Figure 00000003
, T n k = E n k F n k l n k + μ n k l n k 6 ω 2
Figure 00000004
;

[ u n ] = μ k n V 0 l k n 2 E k n F k n ( 1 + i ω γ k n ) 1 cos α k n α k n 2

Figure 00000005
; [uk]=[un]; [ u n ] = - μ k n V 0 l k n 2 E k n F k n ( one + i ω γ k n ) one - cos α k n α k n 2
Figure 00000005
; [u k ] = [u n ];

α k n = ω l k n μ k n F k n E k n ( 1 + i ω γ k n )

Figure 00000006
; A nk = i nk a nk ;
Figure 00000007
; i n k = E n k J n k l n k
Figure 00000008
; α k n = ω l k n μ k n F k n E k n ( one + i ω γ k n )
Figure 00000006
; A nk = i nk a nk ;
Figure 00000007
; i n k = E n k J n k l n k
Figure 00000008
;

a nk = ( sin λ n k c h λ n k cos λ n k ) λ n k t n k

Figure 00000009
; λ n k = l n k μ n k ω 2 E n k J n k 4
Figure 00000010
; a nk = ( sin λ n k c h λ n k cos λ n k ) λ n k t n k
Figure 00000009
; λ n k = l n k μ n k ω 2 E n k J n k four
Figure 00000010
;

1 t n k = 1 cos λ n k c h λ n k

Figure 00000011
; k n k = s h λ n k sin λ n k λ n k 2 t n k
Figure 00000012
one t n k = one - cos λ n k c h λ n k
Figure 00000011
; k n k = s h λ n k sin λ n k λ n k 2 t n k
Figure 00000012

D n k = i n k l n k d n k

Figure 00000013
; G n k = i n k l n k 2 g n k
Figure 00000014
; H n k = i n k l n k 2 h n k
Figure 00000015
; K n k = i n k l n k k n k
Figure 00000016
; D n k = i n k l n k d n k
Figure 00000013
; G n k = i n k l n k 2 g n k
Figure 00000014
; H n k = i n k l n k 2 h n k
Figure 00000015
; K n k = i n k l n k k n k
Figure 00000016
;

d n k = ( c h λ n k cos λ n k ) λ n k 2 t n k

Figure 00000017
; h n k = ( sin λ n k + s h λ n k ) λ n k 3 t n k
Figure 00000018
; d n k = ( c h λ n k - cos λ n k ) λ n k 2 t n k
Figure 00000017
; h n k = ( sin λ n k + s h λ n k ) λ n k 3 t n k
Figure 00000018
;

g n k = ( sin λ n k c h λ n k + s h λ n k cos λ n k ) λ n k 3 t n k

Figure 00000019
; g n k = ( sin λ n k c h λ n k + s h λ n k cos λ n k ) λ n k 3 t n k
Figure 00000019
;

n, k - индексы, указывающие соответственно начало и конец участка;n, k are indices indicating the beginning and end of the section, respectively;

j - номер узла (i=1, 2…19);j is the node number (i = 1, 2 ... 19);

i - мнимая единица, i = 1

Figure 00000020
;i is the imaginary unit i = - one
Figure 00000020
;

Jnk - осевой момент инерции сечения участка nk, м4;J nk is the axial moment of inertia of the section of the section nk, m 4 ;

Enk - модуль упругости участка nk, Па;E nk is the elastic modulus of the plot nk, Pa;

Fnk - площадь поперечного сечения участка nk, м2;F nk is the cross-sectional area of the plot nk, m 2 ;

lnk - длина участка nk, м;l nk is the length of the plot nk, m;

µnk - масса единицы длины стержня участка nk, к г м

Figure 00000021
nk is the mass of the unit length of the rod of the plot nk, to g m
Figure 00000021
;

V0 - скорость соударения с заготовкой, м/с;V 0 - the speed of impact with the workpiece, m / s;

γnk - коэффициент сопротивления участка nk;γ nk is the coefficient of resistance of the plot nk;

ω - частота колебаний, с-1;ω is the oscillation frequency, s -1 ;

Wj - перемещение j-го узла, м;W j - j-th moving assembly, m;

φj - угол поворота j-го узла, рад;φ j is the angle of rotation of the j-th node, rad;

cj - жесткости пружин, моделирующих упругое основание в j-ом узле, к г м

Figure 00000022
;c j - stiffness of the springs, modeling the elastic base in the j-th node, to g m
Figure 00000022
;

cnk - жесткости пружин, моделирующих стыки nk, к г м

Figure 00000023
.c nk - stiffness of the springs modeling joints nk, to g m
Figure 00000023
.

Из этой системы находятся изображения перемещений в узлах системы. Зная перемещения начала и конца стержня, рассчитываются продольные усилия Ni(ω) (фиг.4). Переходя к оригиналам N(t) находятся напряжения σ(t) и деформации ε(t), которые связаны с усилиями следующими зависимостями (фиг.4):From this system, there are images of displacements in the nodes of the system. Knowing the movement of the beginning and end of the rod, the longitudinal forces N i (ω) are calculated (Fig. 4). Turning to the originals N (t) are the stresses σ (t) and strain ε (t), which are associated with the efforts of the following relationships (figure 4):

σ ( t ) = N ( t ) F

Figure 00000024
; ε ( t ) = N ( t ) E F
Figure 00000025
, σ ( t ) = N ( t ) F
Figure 00000024
; ε ( t ) = N ( t ) E F
Figure 00000025
,

где: σ(t) - напряжение, Па;where: σ (t) is the voltage, Pa;

N(t) - продольная сила, H;N (t) is the longitudinal force, H;

t - время, с;t is the time, s;

ε(t) - деформации, м;ε (t) - strain, m;

F - площадь поперечного сечения, м2;F is the cross-sectional area, m 2 ;

E - модуль упругости, Па.E is the modulus of elasticity, Pa.

В ходе исследований выявлен информативный диапазон частот, позволяющих идентифицировать получаемые АФЧХ. Для этого провели анализ спектра колебаний падающих частей молота при жестком ударе и при ударе о заготовки различных размеров и материалов с разными скоростями соударения в диапазоне частот от 0 до 500 с-1 в различных узлах стержневой системы.In the course of the research, an informative frequency range was revealed that made it possible to identify the obtained AFCs. To this end, an analysis was made of the vibration spectrum of the falling parts of the hammer during a hard impact and upon impact on workpieces of various sizes and materials with different impact velocities in the frequency range from 0 to 500 s -1 at various nodes of the core system.

Все дальнейшие вычисления проводятся в выявленном информативном диапазоне частот. К изменяемым параметрам при работе молота относятся скорость соударения, материал и размеры поковки. Теоретические исследования показали, что на напряжения, возникающие в различных узлах системы при соударении падающих частей с заготовкой, влияют все вышеперечисленные параметры, при этом увеличение скорости соударения ведет к увеличению напряжений. Это позволяет сделать выводы о влиянии размеров заготовки на возникающие напряжения и частоту собственных колебаний в 3 узле (месте заделки штока в бабу).All further calculations are carried out in the identified informative frequency range. Variable parameters during hammer operation include impact speed, material, and forging dimensions. Theoretical studies have shown that the stresses arising in various nodes of the system during the collision of falling parts with the workpiece are affected by all of the above parameters, while an increase in the collision velocity leads to an increase in stresses. This allows us to draw conclusions about the influence of the size of the workpiece on the emerging stresses and the frequency of natural vibrations in 3 nodes (the place of rod stocking in a woman).

Проанализированы все возможные сочетания длин и параметров заготовок в пределах допустимых для них значений. Длина заготовки может принимать значения до 0,6 м, т.к. высота рабочей зоны для рассматриваемой модели молота 0,63 м, а диаметр не должен превышать 0,3. При этом наблюдается, что при фиксированном диаметре напряжения с увеличением длины падают, причем чем больше диаметр, тем выше напряжения. При фиксированной длине, напряжения возрастают с увеличением диаметра. При одновременном увеличении длины и диаметра напряжения также возрастают, а в обратном случае соответственно убывают. Установлено, что при соударении падающих частей со стальной заготовкой со скоростью 5 м/с максимальное напряжение в штоке в зависимости от размеров заготовки возможно до 90 МПа. При увеличении или уменьшении скорости соответственно увеличиваются или уменьшаются напряжения. Учитывая, что максимально возможная скорость соударения 7,1 м/с, напряжения в месте заделки штока в бабу могут достигать (130-150) МПа.All possible combinations of lengths and parameters of the workpieces are analyzed within the range of acceptable values for them. The length of the workpiece can take values up to 0.6 m, because the height of the working area for the considered model of the hammer is 0.63 m, and the diameter should not exceed 0.3. It is observed that with a fixed diameter, the voltages fall with increasing length, and the larger the diameter, the higher the voltage. At a fixed length, stresses increase with increasing diameter. With a simultaneous increase in the length and diameter, the stresses also increase, and in the opposite case, respectively, decrease. It is established that when the falling parts collide with a steel billet at a speed of 5 m / s, the maximum stress in the rod, depending on the size of the billet, is possible up to 90 MPa. When speed increases or decreases, voltages increase or decrease accordingly. Considering that the maximum possible collision velocity is 7.1 m / s, stresses at the place of stem insertion into the head can reach (130-150) MPa.

Установлено, что максимальные напряжения, в несколько раз превышающие напряжения в других узлах системы, возникают в месте заделки штока в бабу (5 узел фиг.5), что подтверждает предварительные сведения из практики о подавляющем числе поломок именно в этом сечении.It was established that the maximum stresses, several times higher than the stresses in other nodes of the system, arise at the site of the rod plugging into the shaft (5th node of Fig. 5), which confirms preliminary information from practice on the overwhelming number of breakdowns in this section.

Предлагается следующий путь уменьшения нагрузок, возникающих в месте заделки штока в бабу. Можно распределить нагрузку на несколько сечений. Для этого следует в качестве новой конструкции штока использовать шток с глухим осевым ступенчатым отверстием, ступени которого расположены с уменьшением их диаметра от одного конца, противоположного месту заделки штока в бабу молота (фиг.2).The following way is proposed to reduce the loads that occur at the place of stemming into the woman. You can distribute the load across several sections. To do this, as a new rod design, use a rod with a blind axial stepped hole, the steps of which are located with a decrease in their diameter from one end opposite to the location of the rod in the hammer hammer (Fig.2).

При динамическом анализе конструкции с таким штоком получили снижение напряжений в 3 узле на 15% в случае стальной заготовки и на 16% - в случае алюминиевой.In the dynamic analysis of structures with such a rod, a voltage reduction of 3 knots was obtained by 15% in the case of a steel billet and by 16% in the case of aluminum.

Это достигается за счет перераспределения напряжений во 2, 3, 4 и 5 узлах. Так, при использовании предлагаемой конструкции штока напряжение в проблемном 5 сечении уменьшается с 31,2 до 27,5 МПа в случае стальной заготовки и с 20,3 до 17 МПа в случае алюминиевой. А во втором и третьем узлах напряжения увеличиваются приблизительно в три и два раза соответственно, что незначительно по сравнению с напряжением в 5 узле. При этом наблюдается снижение напряжений на (5-6) % в остальных узлах системы (фиг.6).This is achieved by redistributing stresses at 2, 3, 4, and 5 nodes. So, when using the proposed rod design, the voltage in the problematic 5th section decreases from 31.2 to 27.5 MPa in the case of a steel billet and from 20.3 to 17 MPa in the case of aluminum. And in the second and third nodes, the voltages increase approximately three and two times, respectively, which is insignificant compared to the voltage at 5 nodes. In this case, there is a decrease in stresses (5-6)% in the remaining nodes of the system (Fig.6).

Результаты сравнения теоретических и экспериментальных результатов показали, что средняя погрешность вычислений составляет 14% для частот собственных колебаний и 25% для амплитуд колебаний (фиг.7).The results of a comparison of theoretical and experimental results showed that the average calculation error is 14% for natural frequencies and 25% for vibration amplitudes (Fig. 7).

Предлагаемые изменения в конструкции штока снижают возникающие в месте заделки штока в бабу напряжения на (18-20) % и направлены на повышение надежности штоков, что позволяет увеличить срок их эксплуатации и, тем самым, сократить материальные потери от замены штоков и от простоя оборудования в период их замены.The proposed changes in the rod design reduce the stresses occurring at the place of the rod stemming into the shaft by (18-20)% and are aimed at increasing the reliability of the rods, which allows to increase their service life and, thereby, reduce material losses from rod replacement and equipment downtime in period of their replacement.

Claims (1)

Шток ковочного молота, отличающийся тем, что он выполнен с глухим осевым ступенчатым отверстием, ступени которого расположены с уменьшением их диаметра от конца штока, противоположного месту его заделки в бабу молота. Forging hammer stock, characterized in that it is made with a blind axial stepped hole, the steps of which are located with decreasing diameter from the end of the stem, opposite to the place where it is embedded in the hammer head.
RU2013130406/02A 2013-07-02 2013-07-02 Forging hammer stock RU2538063C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130406/02A RU2538063C1 (en) 2013-07-02 2013-07-02 Forging hammer stock

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130406/02A RU2538063C1 (en) 2013-07-02 2013-07-02 Forging hammer stock

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2538063C1 true RU2538063C1 (en) 2015-01-10
RU2013130406A RU2013130406A (en) 2015-01-10

Family

ID=53278990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013130406/02A RU2538063C1 (en) 2013-07-02 2013-07-02 Forging hammer stock

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2538063C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU728974A1 (en) * 1977-09-22 1980-04-25 Предприятие П/Я А-1495 Stamping hammer rod
SU837543A1 (en) * 1979-03-30 1981-06-15 Предприятие П/Я В-2750 Hammer rod
SU889260A1 (en) * 1980-04-11 1981-12-15 Краматорский Индустриальный Институт Hammer rod
WO1984002953A1 (en) * 1983-01-17 1984-08-02 Towler Hydraulics Inc Double-acting forging hammer and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU728974A1 (en) * 1977-09-22 1980-04-25 Предприятие П/Я А-1495 Stamping hammer rod
SU837543A1 (en) * 1979-03-30 1981-06-15 Предприятие П/Я В-2750 Hammer rod
SU889260A1 (en) * 1980-04-11 1981-12-15 Краматорский Индустриальный Институт Hammer rod
WO1984002953A1 (en) * 1983-01-17 1984-08-02 Towler Hydraulics Inc Double-acting forging hammer and method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013130406A (en) 2015-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6553446B2 (en) Mass damper test equipment
Yin et al. Transient responses of repeated impact of a beam against a stop
Olejnik et al. Modeling, analysis and control of dynamical systems with friction and impacts
Khatiwada et al. Evaluation of numerical pounding models with experimental validation
Shi et al. Dynamic modelling of elastic-plastic beams under impact
RU2538063C1 (en) Forging hammer stock
Xiao et al. Modelling the spindle–holder taper joint in machine tools: A tapered zero-thickness finite element method
Fyllingen et al. Transition from progressive buckling to global bending of square aluminium tubes
RU2017134970A (en) EXECUTIVE MECHANISM FOR RESONANT-STRENGTHED ROTARY DRILLING
JP2019039810A (en) Method of estimating temporal stiffness degradation of railroad concrete structure
Grudziński et al. Influence of normal micro-vibrations in contact on sliding motion of solid body
Sherif et al. Mechanism of energy dissipation in mechanical system with dry friction
Ahmed et al. Geometrically nonlinear transverse vibrations of Bernoulli-Euler beams carrying a finite number of masses and taking into account their rotatory inertia
Shah et al. Structural modification and evaluation using finite element reconciliation method
CN106197916A (en) Vertical direction multiple degrees of freedom collision chaotic vibration system simulation device
Brodny et al. Performance characteristics of the friction joint used in the mining support
Li Optimal parameters selection and engineering implementation of dynamic vibration absorber attached to boring bar
Oliveto et al. The dynamics of a pushing and quick release device for dynamic testing of seismic isolated buildings
Oliveira et al. Finite Element Analysis of the Amontons‐Coulomb’s Model using Local and Global Friction Tests
SHALABY et al. The analysis of an analogous huygens pendulum connected with ITC using flexible multibody dynamic simulations
Lei A multibody system model for meshing gears
Van Trong et al. Stress analysis of the impactor assembly of the dropped weight impact testing machine
Afshar et al. Application of linear and nonlinear vibration absorbers for the nonlinear beam under moving load
Satpathy et al. Dynamic analysis of cantilever beam and its experimental validation
Guebailia et al. The dynamic response of a continuous plate for different surface states

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Altering the group of invention authors

Effective date: 20150611

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160703

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170710