一种球阀阀体复合轧环成形方法
【专利摘要】本发明涉及一种球阀阀体复合轧环成形方法，其特征在于包括如下步骤：1)环坯设计，根据锻件尺寸，计算环坯体积，设计轧比，确定环坯尺寸；2)孔型设计，结合复合轧环稳定变形条件和轧制设备结构要求，根据锻件和环坯尺寸，确定主轧辊、芯辊和副轧辊工作面形状尺寸；3)轧制成形，通过控制主轧辊进给速度和副轧辊工作位置，按表面横轧、轧环和整形三个阶段对环坯进行轧制成形。本发明具有能源和材料消耗低、生产效率高、生产成本低的技术经济优点。
【专利说明】一种球阀阀体复合轧环成形方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机械装备制造领域，具体涉及一种球阀阀体复合轧环成形方法。
【背景技术】
[0002] 球阀是一种典型的阀类零件，广泛用于石油、化工、水利、电力等行业，是能源装备 的关键零件，对装备安全可靠性至关重要。阀体是球阀的核心本体，其外表面为球面，带有 圆形通孔，是一种具有球面轮廓的环类零件。球阀工作条件恶劣，质量要求高，阀体通常需 要锻造成形来保障其机械性能。目前，球阀阀体通常采用传统自由锻工艺成形，在压机上先 锻制环坯，再利用球形模具和芯轴，使环坯扩孔，并成形球面轮廓。该工艺过程中，需要反复 加热锻造，能耗高、效率低、劳动强度大，而且成形精度和表面质量差，导致后续切削消耗大 量工时和材料，生产成本高。少数采用轧环工艺成形球阀阀体，由于具有异形截面和小轧制 比特点，乳环过程中轮廓充型与直径扩大不同步，当孔径达到时球面轮廓不能完整成形。因 此，采用轧环工艺时，需要在压机上先锻制环坯、然后利用模具预成形表面形状，最后再轧 环成形，工序多，操作复杂，同样造成大量能源和时间消耗。
【发明内容】
[0003] 针对上述球阀阀体制造现状，本发明的目的在于提供一种球阀阀体复合轧环成形 方法，利用表面横轧和轧环复合，合理设计工艺参数和控制轧制过程，使球阀阀体通过连续 局部变形而一次成形，并获得完整的球面轮廓，从而有效减少能耗，提高生产效率，降低生 产成本。
[0004] 为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种球阀阀体复合轧环成形方 法，其特征在于包括如下步骤 ：
[0005] 1)环坯设计
[0006] 环坯为矩形截面，其尺寸按如下步骤确定：
[0007] (1)确定环坯体积
[0008] 首先按下式计算锻件体积 7B3J
[0009] V-πBR] -ππBr1
[0010] 其中，Rs、B、r分别为锻件的球面半径、高度和内孔半径；r=l/2d(d为锻件的内 孔直径）；
[0011] 依据塑性变形体积不变原理，考虑环坯加热氧化烧损，取烧损系数α为3%?5% (即α为〇· 03?0· 05)，确定环述体积为V。= (1+α)V;
[0012] (2)确定轧比
[0013] 轧比k是指锻件与环坯截面积之比，S卩k=Sq/s，
[0014] 其中Stl为环坯截面积，Stl =(Vrci)Bci，式中IVBdtl分别为环坯的外半径、高度和 内孔半径；Rtl = 1/2D。（为Dtl环坯的外直径），rQ = 1/2dQ(为dQ环坯的外直径）；
[0015] s为锻件截面积，λ· -R;arcsin^^0.5B^R： ^025B1 +B(^R; ^(U5B2 ^?; IKs
[0016] 轧比反映了轧制变形程度和轧制效率，为使环坯获得充分变形细化组织，同时考 虑轧制效率，k通常取1. 2?3 ;
[0017] (3)确定环坯尺寸
[0018] 由于采用闭式孔型，取环坯高度与锻件高度相等，即Btl =B;
[0019] 根据环坯体积、高度和轧比，确定环坯内半径 V0ks
[0020] rO=Tl- - ^ I^ks2B0
[0021] 则环坯外半径 DV() ks
[0022] R^=TT+Tr^ 2mL· 2B0
[0023] 2)轧制孔型设计
[0024] 本发明复合轧环过程包含表面横轧和普通轧环两阶段；表面横轧阶段，乳制孔型 由主轧辊和两个副轧辊工作面组成；普通轧环阶段，乳制孔型是由主轧辊和芯辊工作面组 成；主轧辊、芯辊和两个副轧辊工作面分别按如下设计：
[0025] (1)主轧辊工作面
[0026] 主轧辊采用闭式结构，其工作面为球面；
[0027] 主轧辊球面半径Rsm =Rs
[0028] 主乳棍工作面高度Bm =B+(1?4)mm
[0029] 为保证轧制过程稳定，主轧辊线速度vm通常取（I. 0?I. 2)m/s，根据主轧辊线速 度可确定其最大工作面半径 V
[0030] -
[0031] 其中，电机转速η,传动比η,主轧辊转速《?=3 5 fI
[0032] 【说明：η为变速箱的传动比，对于已给定的变速箱，η为定值，当变速箱未确定 时，可以选择合适的传动比Π，保证主轧辊线速度Vm在（1.0?1.2)m/s即可】
[0033] 主轧辊最小工作面半径
[0034] ......脊）
[0035] 通过在主轧辊上设计上下侧壁形成闭式孔型，为防止轧制过程中主轧辊和芯辊干 涉，侧壁径向宽度不能大于锻件端面壁厚，即
【权利要求】
1. 一种球阀阀体复合轧环成形方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 环坯设计 环坯为矩形截面，其尺寸按如下步骤确定： (1) 确定环坯体积 首先按下式计算锻件体积
其中，RS、B、r分别为锻件的球面半径、高度和内孔半径； 依据塑性变形体积不变原理，考虑环坯加热氧化烧损，取烧损系数α为3%?5%，确 定环述体积为V。= (1+α ) V ; (2) 确定轧比 轧比k是指锻件与环坯截面积之比，即k = S(l/s，
其中Stl为环坯截面积，Stl = (Rcrrtl)Btl，式中IVBdci分别为环坯的外半径、高度和内孔 半径； s为锻件截面积， k通常取1. 2?3 ; (3) 确定环坯尺寸 由于采用闭式孔型，取环坯高度与锻件高度相等，即Btl = B ; 根据环坯体积、高度和轧比，确定环坯内半径
则环坯外半径
2) 轧制孔型设计 复合轧环过程包含表面横轧和普通轧环两阶段；表面横轧阶段，乳制孔型由主轧辊和 两个副轧辊工作面组成；普通轧环阶段，乳制孔型是由主轧辊和芯辊工作面组成；主轧辊、 芯辊和两个副轧辊工作面分别按如下设计 ： (1)主轧辊工作面 主轧辊采用闭式结构，其工作面为球面； 主轧辊球面半径Rsm = Rs 主轧辊工作面高度Bm = B+(1?4) mm 主乳棍线速度vm通常取（I. 〇?I. 2)m/s，根据主乳棍线速度可确定其最大工作面半径
其中，电机转速n，传动比η，主轧辊转速
主轧辊最小工作面半径
通过在主轧辊上设计上下侧壁形成闭式孔型，侧壁径向宽度不能大于锻件端面壁厚， 即
一般取
Lmu为主轧辊侧壁径向宽度； 王乳棍下侧壁览度Lml = Lmu，Bmu = Bml = (0. 1?0. 3)B ;Bmu为王乳棍上侧壁商度，Bnd 为下侧壁高度； (2) 芯辊工作面 芯辊工作面高度Bi = B+(20?80) mm 芯辊工作面半径Ri需满足：
其中，摩擦角β = arctany，μ为摩擦系数； 芯辊半径Ri还需满足： Ri ^ r〇-10 ； (3) 副轧辊工作面 副轧辊型腔球面半径Rs。= Rs 副乳棍型腔高度B。= Bm+(1?4) mm 副轧辊最小工作面半径Rcl = (〇. 3?0. 7) Rnd 副轧辊上下腔宽度可取Leu = Lcd = (1. 5?3)Lmu，副轧辊上、下侧壁高度可取 Bcu= Bcl = (0· 1 ?0· 3)B ; 两个副轧辊分别布置于芯辊下方左右两侧，其圆心与芯辊圆心的连线与坚直线夹角 91和θ2通常为50°?70° ;轧制过程中，针对不同阶段变形特点，左、右副轧辊位置布置 不同；表面横乳阶段，两个副乳棍对称布置于芯棍左右两侧，其角度QpQ 2均为60° ;普通 轧环阶段，右副轧辊角度92略大于左副轧辊，右副轧辊角度θ2可取65°?70°，左副轧 辊角度S 1可取50°?55° ; 3)乳制成形 按上述方法设计加工环坯和轧制孔型，将轧制孔型安装于轧制设备内，将环坯放置于 芯辊上，通过控制左、右副轧辊位置和主轧辊进给速度，按表面横轧、乳环和整形三个阶段 对环坯进行轧制成形；第一阶段：控制左、右副轧辊位置呈不对称分布，使环坯进入主轧辊 和左、右副轧辊构成的轧制孔型，对环坯进行表面横轧，控制主轧辊慢速进给，消除环坯初 始壁厚差和椭圆度，使其表面轮廓充型；第二阶段，当环坯表面轮廓充满轧辊型腔后，控制 左、右副轧辊位置呈对称分布，使环坯进入主轧辊和芯辊构成的轧制孔型，对其进行轧环， 控制主轧辊快速进给速度，使环件产生整体变形而扩大直径；第三阶段，当环坯外表面即将 贴合副轧辊型腔内表面时，控制主轧辊以较低速进给，对环坯进行整形轧制，消除环坯变形 产生的壁厚差，降低环坯变形速度，直至其与副轧辊型腔完全贴合后，停止进给，乳制过程 结束。
2. 根据权利要求1所述的一种球阀阀体复合轧环成形方法，其特征在于：步骤3)中， 第一阶段：慢速进给速度V,
第二阶段：快速进给速度A = (1. 5?Sh1 第三阶段：较低速进给速度V3 = (〇. 1?〇. 5) mm/s。
3. 根据权利要求1所述的一种球阀阀体复合轧环成形方法，其特征在于：步骤2)中， 主轧辊尺寸还需满足以前要求：
Rml+Rsm_r+Ri > Smin 其中，Hniax为环坯最大壁厚和环件最大壁厚中的较大值，Sniax为设备最大闭合中心距， Smin为设备最小闭合中心距。
【文档编号】B21H1/06GK104226868SQ201410494443
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】华林, 邓加东, 钱东升, 汪小凯 申请人:武汉理工大学