专利名称：厚壁小孔外台阶环件对称复合轧制成形方法
技术领域：
本发明属于塑性加工领域，具体涉及一种厚壁小孔外台阶环件对称复合轧制成形方法。
背景技术：
石化、电力领域广泛应用的管道连接法兰、高压阀体零件，通常为外表面带台阶的环形零件(简称外台阶环件)，具有壁厚大、孔径小(壁厚通常与孔径相当或超过孔径)、台阶深的几何特征，为一种厚壁小孔外台阶环件。其传统制造方法为先通过自由锻制成矩形环件，再通过机械切削加工台阶，能耗高、材料利用率和生产效率低，切削加工破坏金属流线分布导致产品性能差。发明专利ZL200410060887. X提出了一种外台阶环件轧制成形的 方法，通过轧制塑性变形直接成形外台阶环件，可有效降低加工能源和材料消耗，提高生产效率。然而，该方法提出的轧制用环坯为外台阶形状，制坯难度较大，尤其对于大尺寸环件，需要反复加热锻造，制坯能耗高、效率低。此外，环件轧制方法主要适合于壁薄、孔径较大环件成形，而对于厚壁小孔外台阶环件，由于轧制比小且台阶深，轧制过程中环件直径扩大与孔型填充不同步，导致环件外径达到尺寸时台阶不能完全成形。因此，上述环件轧制方法不适于厚壁小孔外台阶环件成形，而此类环件目前仍是采用传统自由锻联合机械切削方法制造,生产效率低、成本高、产品质量差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种厚壁小孔外台阶环件对称复合轧制成形方法，通过合理设计环坯、轧制孔型和轧制工艺参数，可实现由矩形截面环坯一次轧制成形包括两个厚壁小孔外台阶环件的外凹槽环件，有效降低了加工能源材料消耗，提高了生产效率和产品质量。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种厚壁小孔外台阶环件对称复合轧制成形方法，利用装备有主轧辊、芯辊和两个副轧辊的轧制设备，将矩形截面环坯一次轧制成形外凹槽环件；所述外凹槽环件由两个相同大小的厚壁小孔外台阶环件通过中部切割带对称连接构成，两厚壁小孔外台阶环件轴线重合；具体步骤包括(1)根据厚壁小孔外台阶环件尺寸，确定轧制成形外凹槽环件尺寸，然后基于塑性变形体积不变原理，确定矩形截面环坯尺寸并制坯；(2)根据环件轧制变形条件和设备结构要求，设计轧制孔型并按轧制孔型设计加工主轧辊、芯辊和副轧辊；(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和主轧辊进给速度；(4)按轧制参数轧制成形外凹槽环件；(5)切割外凹槽环件得到厚壁小孔外台阶环件。按上述技术方案，步骤(I)中将棒料段从室温均匀加热到始锻温度，然后将热态的棒料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成轧制用矩形截面环坯，所述的矩形截面环坯尺寸根据轧制成形外凹槽环件体积和轧制比确定。按上述技术方案，步骤(2)中轧制孔型设计为闭式孔型，主轧辊和两个副轧辊工作面带有成形环件外表面凹槽的凸台，芯辊工作面为圆柱面；轧辊尺寸按如下方法确定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主轧棍和芯棍的最小工作面半径应满足稳定轧制条件,使环还产生连续轧制变形
权利要求
1.一种厚壁小孔外台阶环件对称复合轧制成形方法，利用装备有主轧辊、芯辊和两个副轧辊的轧制设备，将矩形截面环坯一次轧制成形外凹槽环件；所述外凹槽环件由两个相同大小的厚壁小孔外台阶环件通过中部切割带对称连接构成，两厚壁小孔外台阶环件轴线重合；具体包括(1)根据厚壁小孔外台阶环件尺寸，确定轧制成形外凹槽环件尺寸，然后基于塑性变形体积不变原理，确定矩形截面环坯尺寸并制坯；(2)根据环件轧制变形条件和设备结构要求，设计轧制孔型并按轧制孔型设计加工主轧辊、芯辊和副轧辊；(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和主轧辊进给速度；(4)按轧制参数轧制成形外凹槽环件；(5)切割外凹槽环件得到厚壁小孔外台阶环件。
2.根据权利要求I所述的成形方法，其特征在于步骤(I)中将棒料段从室温均匀加热到始锻温度，然后将热态的棒料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成轧制用矩形截面环坯，所述的矩形截面环坯尺寸根据轧制成形外凹槽环件体积和轧制比确定。
3.根据权利要求I或2所述的成形方法，其特征在于步骤(2)中轧制孔型设计为闭式孔型，主轧辊和两个副轧辊工作面带有成形环件外表面凹槽的凸台，芯辊工作面为圆柱面；轧辊尺寸按如下方法确定 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主轧棍和芯棍的最小工作面半径应满足稳定轧制条件，使环还产生连续轧制变形
4.根据权利要求3所述的成形方法，其特征在于步骤(3)中成形参数按如下方法确定 a)主轧辊转速 为了保证环件稳定轧制，主轧辊线速度Vm取I. I I. 3m/s,从而根据主轧辊工作面半径，确定主轧辊转速为nm=Vm/2 Rm2 ； b)主轧辊进给速度 为了满足稳定轧制条件，主轧辊进给速度V按下式设计 V= (0.1 0.2) ~/77 + ^ + ^ + ^ 3。4今11 R° rJ 式中，A=CV^Rci=DciA分别为环坯内、外半径。
5.根据权利要求I或2或4所述的成形方法，其特征在于步骤(4)轧制成形过程中，主轧辊作主动旋转运动和向下靠拢环坯的直线进给运动，芯辊和右副轧辊、左副轧辊为轴心固定的空转辊，整个变形过程可分为两个阶段(I)环件轧制阶段主轧辊、芯辊与环坯构成环件轧制变形模式，环坯在主轧辊旋转进给作用下产生连续局部塑性变形而减薄壁厚、扩大直径，同时表面凹槽会稍微成形；(2)表面横轧阶段当环坯外径扩大至与左、右副轧辊接触后，主动辊继续进给，主轧辊和左、右副轧辊对环坯形成三点表面横轧，主轧辊和左、右副轧辊位置限制了环坯周向金属流动，迫使其表面金属沿径向填充轧辊型腔，环坯在旋转过程中连续填充轧辊型腔而逐渐成形沟槽，当金属充满轧辊型腔，凹槽完全成形，轧制过程结束。
6.根据权利要求5所述的成形方法，其特征在于步骤(5)将外凹槽环件放在锯床上，从中间切割带处锯切成两个厚壁小孔外台阶环件。
全文摘要
本发明涉及一种厚壁小孔外台阶环件对称复合轧制成形方法，其特征在于它包括如下内容(1)制坯根据厚壁小孔外台阶环件尺寸，确定轧制成形外凹槽环件尺寸，然后基于塑性变形体积不变原理，确定环坯尺寸；(2)孔型设计根据环件轧制变形条件和设备结构要求设计主轧辊和芯辊工作面尺寸，再根据环坯、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和主轧辊进给速度；(4)轧制成形；(5)切割。通过本发明，能够实现石化、电力领域用管道连接法兰、高压阀体等厚壁小孔外台阶环件低耗、高效、高性能制造。
文档编号B21H1/06GK102836937SQ20121032036
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者钱东升, 华林, 汪小凯, 张志强, 邓加东 申请人:武汉理工大学