专利名称：一种厚壁深槽环件复合轧制成形工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种厚壁深槽环件复合轧制成形工艺。
背景技术：
图1所示环件几何特征为厚壁(壁厚通常大于内孔半径)、小孔径、表面有深凹槽 (槽深通常占壁厚四分之一以上)，称为厚壁深槽环件(本发明简称为环件)。工程常用的双联齿轮、双边法兰、双边支重轮体、高压球阀体等机械零件均属于此类环件。此类环件表面深槽难以通过模锻直接成形，通常是先采用模锻简单成形，再经切削加工到成品尺寸。这种加工工艺能耗高、材料利用率低，后续切削加工不仅消耗工时且切断了环件金属纤维流线，导致生产效率低、产品性能差。环件复合轧制是通过连续回转塑性变形而成形厚壁深槽环件的一种塑性加工新方法，其原理如图2所示。图2中，主轧辊1同时作主动旋转运动和向下直线进给运动，芯辊2和右副轧辊4、左副轧辊5为空转辊，在环件带动下作被动旋转运动，整个变形过程可分为两个阶段(a) (b)为环件轧制阶段，主轧辊1、芯辊2、右副轧辊4与环件毛坯3构成普通环件轧制变形模式，环件毛坯在主轧辊1和芯辊2组成的孔型中产生连续局部塑性变形而减薄壁厚、扩大直径，右副轧辊4保证了环件变形过程的稳定性。(b) (c)为三辊横轧阶段当环件毛坯外径扩大至与左副轧辊5接触后，主轧辊1和右副轧辊4、左副轧辊5 与环件毛坯3构成三辊横轧变形模式，主轧辊1与右副轧辊4、左副轧辊5对环件毛坯的三点旋转轧制限制了其直径扩大，迫使环件毛坯表面金属填充轧辊型腔，环件毛坯在主轧辊1 和右副轧辊4、左副轧辊5构成的孔型中产生连续局部塑性变形而成形凹槽，当环件毛坯金属充满轧辊型腔时，凹槽完全成形，整个变形过程结束。环件复合轧制通过普通环件轧制变形与三辊横轧变形的结合，使环件同时获得精确的外径尺寸和表面深槽，突破了普通环件轧制方法只适用于截面形状简单的薄壁大孔环件成形的局限，并具有能耗低、材料利用率高、生产效率高、产品质量好等众多技术经济优点。然而，环件复合轧制成形是一个复杂的变形过程，工艺参数多，各参数对轧制变形影响不同且相互影响，轧制中容易产生各种轧制缺陷，形成废、次品。因此，合理的工艺参数设计对厚壁深槽环件正常稳定轧制成形至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种厚壁深槽环件复合轧制成形工艺，该工艺可保障轧制过程稳定进行和环件正常成形，可有效降低轧制成形环件废、次品率。为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种厚壁深槽环件复合轧制成形工艺， 其特征在于它包括如下步骤(1)制坯将棒料段从室温均勻加热到热变形温度，然后将热态的棒料段镦粗、冲孔、冲连皮，并去应力退火，制成轧制用环件毛坯；环件毛坯形状设计为矩形截面，环件毛坯尺寸设计过程如下
a)计算环件体积V
权利要求
1. 一种厚壁深槽环件复合轧制成形工艺，其特征在于它包括如下步骤(1)制坯将棒料段从室温均勻加热到热变形温度，然后将热态的棒料段镦粗、冲孔、 冲连皮，并去应力退火，制成轧制用环件毛坯；环件毛坯形状设计为矩形截面，环件毛坯尺寸设计过程如下a)计算环件体积VV = f「(A2 -今 +(巧 ~d2)hg +(D22-d2)h；4JDp Dg、D2、d分别为环件上台阶直径、凹槽直径、下台阶直径和内径，h” hg、h2分别为环件上台阶高度、凹槽高度和下台阶高度；b)确定轧制比k轧制比k为环件内径与环件毛坯内径之比，即k = d/屯，其中Cltl为环件毛坯内径；k取 1. 2 1. 5 ；c)确定环件毛坯高度Iitl采用闭式孔型轧制，取环件毛坯高度&与环件高度h相等，h = I^hJh2 ；d)确定环件毛坯内径Cltl和环件毛坯外径Dtl基于塑性变形体积不变原理，根据轧制比k和环件毛坯高度Iv确定环件毛坯内径Cltl和外径Dtl为 d0 = d/k，D = /(A2-d2)^ +(D2g-d2)hg +(D22 -d2)h2 | # °~]jWh2‘'(2)轧制孔型设计厚壁深槽环件复合轧制孔型包括轧制环件轧制阶段和三辊横轧阶段，轧制环件轧制阶段由主轧辊和芯辊构成的孔型，三辊横轧阶段由主轧辊和两个副轧辊构成的孔型；轧制环件轧制阶段和三辊横轧阶段轧制孔型均设计为闭式孔型；主轧辊和两个副轧辊工作面型腔与环件截面形状相对应，芯辊工作面为圆柱面；主轧辊和芯辊尺寸设计如下 a)主轧辊和芯辊工作面尺寸主轧辊和芯辊尺寸设计应满足以下条件①主轧辊和芯辊的工作面半径Rm2和氏应满足下述公式，1 1 \ .5β -+ — <-—Rm2 R,H0式中，Rm2为主轧辊下型腔面半径，氏为芯辊工作面半径；β = arctany为摩擦角，μ 为摩擦系数，对于钢环件，μ通常取0. 3 0. 35，H0 = (D0-d0)/2, H0为环件毛坯壁厚；②芯辊工作面直径设计为 Ri = d0/2_3 5mm ；③根据轧环机设备结构要求，主轧辊和芯辊的闭合中心距应在轧环机极限闭合中心距范围内；主轧辊和芯辊闭合时的最小型腔宽度不应超过环件的最大壁厚，通常定为Rm2 +R1 +Bm2 +B1 = lmax^mm，Bffl^Bi = H2-I 2讓；式中，Lmax和Lmin为轧环机允许的最大和最小闭合中心距；Bm2为主轧辊下型腔宽度，Bi为芯辊型腔宽度；H2 = (D2-d)/2为环件最大壁厚；根据①、②、③条件确定Rm2、R” Bffl2, Bi后，根据几何关系进一步确定主轧辊上型腔面半径Rml、凸台面半径Rmg和上型腔宽度Bml如下Rffli = RmJ(D2-D1)/^, Rfflg = Rm2+(D2-Dg)/2，Bffll = Bffl2-(D2-D1)/2 根据环件上台阶高度h、凹槽高度hg和下台阶高度Ii2可确定主轧辊上型腔高度hml、凸台高度hmg、下型腔高度hm2以及芯辊型腔高度Iii为hml = h^O. 3 0. 5mm, hmg = hg, hm2 = h2+0. 3 0. 5mm, hj = hml+hmg+hm2 ； 主轧辊上侧壁高度、下侧壁高度hmu、hmd与芯辊上侧壁高度、下侧壁高度hiu、hid分别相同；b)副轧辊工作面尺寸和位置两个副轧辊设计为一样；副轧辊工作面半径根据设备空间尺寸确定，以保证副轧辊方便安装且不与设备其他部件发生干涉，设计副轧辊凸台面半径为 Rpg ^ 1/3 l/5RmgI^pg确定后，根据几何关系可确定副轧辊下型腔面半径艮2 = I pg-(D2-Dg)/2，副轧辊上型腔面半径 Rpl = Rpg-(D1-Dg)/2 ；副轧辊上型腔宽度^5l = Bml，副轧辊下型腔宽度Bp2 = Bm2，副轧辊上侧壁高度hpu = hmu， 副轧辊下侧壁高度hpd = hmd，副轧辊上型腔高度hpl = hml，副轧辊凸台高度hpg = hmg，副轧辊下型腔高度hp2 = hm2 ；当环件毛坯、主轧辊和副轧辊工作面尺寸确定后，通过几何关系作图，可确定左副轧辊、右副轧辊圆心位置，首先根据环件毛坯外径面、环件凹槽面和主轧辊凸台面几何关系作图确定轧制结束时主轧辊圆心位置Oml和厚壁深槽环件圆心位置0ri，Offl表示主轧辊初始圆心位置；右副轧辊的凸台面整个轧制过程一直与环件接触，在轧制开始时与环件毛坯外径面接触，在轧制结束时与环件凹槽面接触，则以环件毛坯圆心位置A为圆心、环件毛坯外半径与右副轧辊凸台面半径之和RfRpg为半径作圆；以Ori为圆心、环件凹槽面半径与副轧辊凸台面半径之和Rg+I pg为半径作圆，两圆交点即为右副轧辊圆心Olff ；左副轧辊5凸台面轧制结束时与环件凹槽面接触，确定左副轧辊圆心位置需先确定左副轧辊圆心和环件圆心连线与竖直线夹角θ ； θ角为45° 60° ； θ角确定后，根据几何关系作图，确定左副轧辊圆心位置Opl ；(3)成形参数设计成形参数包括主轧辊转速、主轧辊进给速度、轧制时间，设计如下a)主轧辊转速 主轧辊线速度Vm取1. 1 1. 3m/s ；根据主轧辊工作面半径Dmg，计算主轧辊转速为nm = Vm/2 π Rfflg ；b)主轧辊进给速度ν 主轧辊进给速度按下式设计
全文摘要
本发明涉及一种厚壁深槽环件复合轧制成形工艺，其特征在于它包括如下内容(1)环件毛坯设计基于体积不变原理，根据环件尺寸和轧制比，确定环件毛坯尺寸；(2)孔型设计根据环件轧制变形条件和设备结构要求先设计主轧辊和芯辊工作面尺寸，再根据环件毛坯、环件和主轧辊尺寸，确定副轧辊工作面尺寸和位置；(3)成形参数设计根据环件轧制变形条件和主轧辊尺寸依次设计主轧辊转速、主轧辊进给速度和轧制时间；(4)轧制成形。通过本发明，能够实现厚壁深槽环件复合轧制成形工艺合理设计，保障厚壁深槽环件正常稳定轧制成形，降低轧制废、次品率，以实现双联齿轮、双边法兰、双边支重轮轮体、高压球阀体等机械零件节能节材优质高效成形制造。
文档编号B21B25/00GK102357531SQ20111031637
公开日2012年2月22日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者华林, 张志强, 钱东升 申请人:武汉理工大学