一种钛合金C型截面锥度环件轧制的坯料设计方法与流程

本发明涉及环件轧制成形加工技术领域，特别是涉及一种钛合金C型截面锥度环件轧制的坯料设计方法。

背景技术：

环件轧制是利用环件轧制设备，在多个轧辊共同作用下使环坯壁厚逐渐减小、直径逐渐长大、截面轮廓逐渐形成的连续局部塑性成形技术，具有生产成本低、环件力学性能优良、精度高、生产效率高、产品范围广等优点。在国内，由于生产技术的限制，对于异形截面环件，常常采用加工余量较大、截面相对简化的锻件设计，以保证最终零件尺寸的完整性，再经过后续机加工等处理达到最终工件尺寸，这样就大大减小了材料的利用率。

对于钛合金C型截面锥度环件，若采用简单的锥形环坯进行轧制，台阶处体积分布显然不够，要使坯料沿轴向流动来填充台阶是非常困难的，同时在锥度的作用下，坯料轧制时产生轴向攀升，更加不利于下端台阶的填充，造成废品的产生；若采用简单截面环坯，需后序复杂的机加工处理，大大降低了材料的利用率，且机加工会破坏环件内部的流线，同时，也浪费了时间；若采用多道次轧制，需要设计多套模具，大大提高了生产成本。

因此，市场上急需一种钛合金C型截面锥度环件轧制的坯料设计方法，使得C型截面锥度环件的轮廓能够完整成形，在提高材料利用率的情况下也保留了锻件本身的流线。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钛合金C型截面锥度环件轧制的坯料设计方法，以解决上述现有技术存在的问题，使C型截面锥度环件的轮廓能够完整成形，在提高材料利用率的情况下也保留了锻件本身的流线。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种钛合金C型截面锥度环件轧制的坯料设计方法，包括：

步骤一，按照锥形坯料设计坯料，确定为坯料两端直段高度、总高度分别与环件台阶高度、总高度相等；

步骤二，根据轧比和环件小孔平均直径确定锥形坯料小孔平均直径；

步骤三，根据环件与锥形坯料小端体积相等，确定锥形坯料小孔端面壁厚；

步骤四，根据锥形坯料小孔平均直径以及锥形坯料小孔端面壁厚，确定锥形坯料小孔内径以及外径；

步骤五，根据锥形坯料大端和环件大端体积相等的原则，确定锥形坯料的大孔内径和外径，并根据锥形坯料和环件总体积相等进行修正，得到锥形坯料大端最终的内径和外径尺寸；

步骤六，以锥形坯料为基准，设计坯料内侧直径与锥形坯料保持一致，仅对外侧轮廓线进行调整来重新分配轴向体积，确定坯料两端直径高度与环件台阶高度保持相等，确定坯料上下两端壁厚大于标准锥形环件坯料两端壁厚，确定锥角与两端直段距离在30cm以上；

步骤七，以小端圆心为原点，小端半径为x轴，轴线为y轴，建立平面直角坐标系，选定A点的纵坐标y＝H_Ab，将坯料分段计算，设外轮廓各段的线函数分别为f_y1、f_y2、f_y3，内轮廓各段的线函数分别为g_y1、g_y2、g_y3，据体积不变原理有：

其中，H_tb表示小端外径直段高度，H_sb表示小端内径直段高度，H_Ab表示A点的纵坐标，H_b表示坯料总高度，H_lb表示大端外径直段高度，V_Ring表示环件体积；

将各个已知尺寸代入上述等式，可得到顶点A的横坐标x,,即确定了预成形坯所有尺寸。

优选地，所述步骤三中，小孔端面壁厚为：

其中，d_sm0表示锥形坯料小端平均直径，t_s0表示小孔端面壁厚，H_S0表示锥形坯料小端直段高度，D_sw表示成形后环件小端外直径，d_s表示成形后环件小端内直径，D_s表示成形后环件小端平均直径，H_t表示环件小端凸台高度，H_s表示环件小端总高度，H_s0表示锥形坯料小端直段高度。

本发明相对于现有技术，产生了以下技术效果：

本发明通过对钛合金C型截面锥度环件轧制的坯料进行重新设计，在传统锥形坯料外圆的某高度处设计一个方向相反的锥度，能够保证轧制出的环件截面轮廓完整，尺寸精度满足要求，由于免去了后序复杂的机加工处理，大大提高了材料利用率，节约了成本，同时避免了机加工对环件内部流线的破坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种钛合金C型截面锥度环件轧制的坯料设计方法的流程图；

图2为本发明实施例中C型截面锥度环件结构示意图；

图3为本发明实施例中锥形坯料截面示意图；

图4为本发明实施例中设计坯料截面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种钛合金C型截面锥度环件轧制的坯料设计方法，以解决现有技术存在的问题，使C型截面锥度环件的轮廓能够完整成形，在提高材料利用率的情况下也保留了锻件本身的流线。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种钛合金C型截面锥度环件轧制的坯料设计方法，包括，

步骤一，按照锥形坯料设计坯料，确定为坯料两端直段高度、总高度分别与环件台阶高度、总高度相等，则

H_l0＝H_l

H_s0＝H_s

H₀＝H

其中：H_l表示环件大端直段高度，H_s表示环件小端直段高度，H表示环件总高度；

H_l0表示锥形坯料大端直段高度，H_s0表示锥形坯料小端直段高度，H₀表示锥形坯料总高度。

步骤二，根据轧比k和环件小孔平均直径确定锥形坯料小孔平均直径，则

其中：D_sm表示环件小端平均直径；d_sm0表示锥形坯小端平均直径；

步骤三，根据环件与锥形坯料小端体积相等，确定锥形坯料小孔端面壁厚t_s0，则

V_s0＝V_s

其中：V_s—环件小端体积；V_s0—锥形坯小端体积；

其中:H_s表示环件小端总高度；H_t表示环件小端凸台高度；H_s0表示锥形坯小端直段高度。

步骤四，根据锥形坯料小孔平均直径以及锥形坯料小孔端面壁厚，确定锥形坯料小孔内径以及外径，则

d_s0＝d_sm0-t_s0

D_s0＝d_sm0+t_s0

其中，d_s0、D_s0分别为锥形坯料小孔端内径和外径。

锥形坯料和环件中部锥度保持一致：

θ₀＝θ

其中:θ₀表示锥形半锥角；θ表示环件半锥角。

步骤五，根据锥形坯料大端和环件大端体积相等的原则，确定锥形坯料的大孔内径和外径，并根据锥形坯料和环件总体积相等进行修正，得到锥形坯料大端最终的内径d_l0和外径尺寸D_l0；

步骤六，以锥形坯料为基准，设计坯料内侧直径与锥形坯料保持一致，仅对外侧轮廓线进行调整来重新分配轴向体积，确定坯料两端直径高度与环件台阶高度保持相等，确定坯料上下两端壁厚大于标准锥形环件坯料两端壁厚，确定锥角与两端直段距离在30cm以上；

步骤七，以小端圆心为原点，小端半径为x轴，轴线为y轴，建立平面直角坐标系，选定A点的纵坐标y＝H_Ab，将坯料分段计算，设外轮廓各段的线函数分别为f_y1、f_y2、f_y3，内轮廓各段的线函数分别为g_y1、g_y2、g_y3，据体积不变原理有：

其中，H_tb表示小端外径直段高度，H_sb表示小端内径直段高度，H_Ab表示A点的纵坐标，H_b表示坯料总高度，H_lb表示大端外径直段高度，V_Ring表示环件体积；

将各个已知尺寸代入上述等式，可得到顶点A的横坐标x,即确定了预成形坯所有尺寸。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。