专利名称：外台阶截面环件轧制成形的方法
技术领域：
本发明涉及一种外台阶截面环件轧制成形的方法。
背景技术：
目前，外台阶截面环件通常采用马架扩孔和机械切削加工联合完成，即先通过马架扩孔加工出矩形截面的环件，再通过机械切削将矩形截面的环件加工成外台阶截面环件。其加工工艺流程为1)镦粗，2)冲孔，3)冲头扩孔，4)芯棒扩孔，5)机械切削加工。这种工艺生产外台阶截面环件的主要问题是1)加工余量大、材料利用率低；2)生产效率低、劳动强度大；3)环件需要反复加热、能耗高；4)生产成本高。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种成本低、生产效率高的外台阶截面环件轧制成形的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是；外台阶截面环件轧制成形的方法，其特征是按如下步骤实现1)下料将棒材锯切成料段；2)制坯将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，然后将热态的料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成轧制用环件毛坯；3)轧环机轧制成形将毛坯放入加热炉中加热，当温度达到热变形温度时取出，钢环件毛坯热变形温度为800℃～1200℃，铝环件毛坯热变形温度为350℃-550℃，放入轧环机孔型内轧制成形，轧制过程中环件与轧辊间保持良好的润滑，环件经过多转轧制成外台阶截面环件锻件；4)锻件机械切削加工成产品。
所述的毛坯外圆边缘与水平面成倾斜角α，α＝0°～20°，毛坯的底部孔径为d=dfλ,]]>轧制比为λ＝2～8，毛坯的孔内壁与水平面成倾斜角β，β＝80°～90°，毛坯大外径部分的轴向尺寸为B1＝Bf1+c，毛坯小外径部分的轴向尺寸为B2＝Bf2-c，c＝0～0.3Bf，毛坯外台阶径向尺寸为D1-D2＝k(Df1-Df2)，k＝1.2～2.0；毛坯的大外径D1、小外径D2根据外台阶截面环件锻件体积与毛坯体积相等条件确定；外台阶截面环件锻件的孔径为df，锻件大外径部分的外径和轴向尺寸分别为Df1、Bf1，锻件小外径部分的外径和轴向尺寸分别为Df2、Bf2。
所述的将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，铝合金环件热变形温度为550℃～350℃；钢铁材料环件热变形温度为1200℃～800℃。
所述的轧环机轧制成形，环件轧制中轧制进给速度数值按下式计算υ=f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>其中，v为轧制进给速度，n1为驱动辊转速，R1，R2分别为驱动辊和芯辊半径，R，r分别为环件锻件外半径和内半径，R＝Df1/2，r＝df/2，f为环件与轧制孔型之间的摩擦系数，f为0.05～0.4。
本发明采用环件轧制工艺，环件经过多转连续轧制变形达到预定尺寸，改善工件的金属组织和性能，缩短了生产时间，减少了锻件加热次数，节约了原材料，提高了生产效率；通过合理设计环件毛坯尺寸，节约了原材料，降低成本；减小了端面鱼尾变形和翘曲变形，保证了外台阶截面环件的质量。
图1是本发明的锻件结构示意2是本发明的环件毛坯结构示意3是本发明的环件径向轧制原理4是图3的左视中1-驱动辊，2-环件毛坯，3-导向棍，4-芯辊，5-信号辊。
具体实施例方式
外台阶截面环件轧制成形的方法，按如下步骤实现1).下料将棒材锯切成料段，料段长度为L＝(1～3)(B1+B2)，B1为毛坯大环部分的轴向尺寸，B2为毛坯小环部分的轴向尺寸。
2).制坯将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，然后将热态的料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成轧制用环件毛坯。
所述的将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，铝合金环件热变形温度为550℃～350℃；钢铁材料环件热变形温度为1200℃～800℃。
所述的毛坯外圆边缘与水平面成倾斜角α，α＝0°～20°，毛坯的底部孔径为d=dfλ,]]>轧制比为λ＝2～8，毛坯的孔内壁与水平面成倾斜角β，β＝80°～90°，毛坯大外径部分的轴向尺寸为B1＝Bf1+c，毛坯小外径部分的轴向尺寸为B2＝Bf2-c，c＝0～0.3Bf，毛坯外台阶径向尺寸为D1-D2＝k(Df1-Df2)，k＝1.2～2.0；毛坯的大外径D1、小外径D2根据外台阶截面环件锻件体积与毛坯体积相等条件确定；外台阶截面环件锻件的孔径为df，锻件大外径部分的外径和轴向尺寸分别为Df1、Bf1，锻件小外径部分的外径和轴向尺寸分别为Df2、Bf2。
如图1、图2所示，要求轧制成形的45钢外台阶截面环件尺寸为大环外径Df1为Ф1000mm，小环外径Df2为Ф800mm，内孔直径df为Ф500mm，大环部分的轴向尺寸Bf1＝300mm，小环部分的轴向尺寸Bf2＝200mm。设计毛坯的内孔直径d为Ф125mm，大环部分的轴向尺寸B1为340mm，小环部分的轴向尺寸B2为160mm，外台阶截面环件锻件体积与毛坯体积相等条件确定毛坯尺寸，设计毛坯的大环外径D1为Ф868mm，小环外径D2为Ф568mm，为了减小环件孔缘毛刺，设计毛坯外圆边缘的倾斜角α为10°，β为85°(如图2所示)。
为了便于轧制成形，锻造制坯时要严格保证轧制用毛坯几何精度，消除毛坯内孔偏心、表面锤头印、冲孔毛刺等缺陷。
3).轧环机轧制成形将设计好的毛坯放入加热炉中加热，当温度达到热变形温度(铝合金环件热变形温度为550℃～350℃；钢铁材料环件热变形温度为1200℃～800℃)时取出，放入轧环机孔型内轧制成形，轧制过程中环件与轧辊间保持良好的润滑，通过径向轧制，使环件毛坯壁厚减小、内外直径扩大、截面轮廓成形，当环件经过多转轧制变形且直径扩大到预定尺寸时，最终成为规定形状尺寸的外台阶截面环件锻件。
外台阶截面环件轧制成形如图3、图4所示，在驱动辊1的旋转轧制运动和直线进给运动作用下，环件毛坯2连续地咬入驱动辊1和芯辊4构成的轧制孔型，产生壁厚减小、内外直径扩大、截面轮廓成形的连续局部塑性变形。通过多转反复轧制变形，使环件直径扩大到与信号辊5接触时，则达到了规定形状尺寸的环件锻件，这时环件轧制过程结束。图4中导向辊3的作用是保证轧制过程平稳。
对于外台阶截面环件轧制成形，设计如图4所示的半封闭孔型，该孔型的驱动辊直径较闭式孔型的小，也不要求轧环机驱动辊与芯辊有很大的中心距，且改善了芯辊的强度和刚度。随着轧制的进行，环件截面逐渐进入孔型，并在轧制结束时，环件截面完全进入孔型，有利于环件端面质量。轧制开始前，要保证环件在孔型中的准确定位。要保证良好的润滑和冷却，以防止芯辊回火软化。
工艺参数外台阶截面环件轧制工艺参数主要包括轧制温度、轧制进给速度和轧制比。通过研究和试验，铝合金环件轧制温度为550℃～350℃；钢铁材料环件轧制温度为1200℃～800℃。实际轧制操作中，应严格控制始锻和终锻温度，防止低于终锻温度的轧制变形，以保证环件内部组织质量。毛坯轧制前加热应严格控制加热温度、保温时间，保温时间根据环件壁厚按(1～2)分钟/毫米计算确定，以保证毛坯整体均匀热透，并防止过热和过烧。
为了保证锻透并减小端面鱼尾变形，环件轧制中采用较大进给速度亦即快速进给轧制，轧制进给速度数值按下式计算υ=f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>这里v为轧制进给速度，n1为驱动辊转速，R1，R2分别为驱动辊和芯辊半径，R，r分别为环件锻件外半径和内半径，R＝Df1/2，r＝df/2，f为环件与轧制孔型之间的摩擦系数，f为0.05～0.4。
通过计算确定轧制速度为5mm/s。轧制比取为4。
4).锻件机械切削加工成产品。
权利要求
1.外台阶截面环件轧制成形的方法，其特征是按如下步骤实现1)下料将棒材锯切成料段；2)制坯将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，然后将热态的料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成轧制用环件毛坯；3)轧环机轧制成形将毛坯放入加热炉中加热，当温度达到热变形温度时取出，放入轧环机孔型内轧制成外台阶截面环件锻件；4)锻件机械切削加工成产品。
2.根据权利要求1所述的外台阶截面环件轧制成形的方法，其特征是所述的毛坯外圆边缘与水平面成倾斜角α，α＝0°～20°，毛坯的底部孔径为d=dfλ,]]>轧制比为λ＝2～8，毛坯的孔内壁与水平面成倾斜角β，β＝80°～90°，毛坯大外径部分的轴向尺寸为B1＝Bf1+c，毛坯小外径部分的轴向尺寸为B2＝Bf2-c，c＝0～0.3Bf，毛坯外台阶径向尺寸为D1-D2＝k(Df1-Df2)，k＝1.2～2.0；毛坯的大外径D1、小外径D2根据外台阶截面环件锻件体积与毛坯体积相等条件确定；其中，df为外台阶截面环件锻件的孔径，Df1为锻件大外径部分的外径，Bf1为锻件大外径部分的轴向尺寸，Df2为锻件小外径部分的外径、Bf2为锻件小外径部分的轴向尺寸。
3.根据权利要求1所述的外台阶截面环件轧制成形的方法，其特征是所述的将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，铝合金环件热变形温度为350℃-550℃；钢铁材料环件热变形温度为1200℃～800℃。
4.根据权利要求1所述的外台阶截面环件轧制成形的方法，其特征是所述的将毛坯放入加热炉中加热，当温度达到热变形温度时取出，钢环件毛坯热变形温度为800℃～1200℃，铝环件毛坯热变形温度为350℃-550℃。
5.根据权利要求1所述的外台阶截面环件轧制成形的方法，其特征是所述的轧环机轧制成形，环件轧制中轧制进给速度数值按下式计算v=f2n1R12R(1+R1R)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>其中，v为轧制进给速度，n1为驱动辊转速，R1，R2分别为驱动辊和芯辊半径，R，r分别为环件锻件外半径和内半径，R＝Df1/2，r＝df/2，f为环件与轧制孔型之间的摩擦系数，f为0.05～0.4。
6.根据权利要求1所述的外台阶截面环件轧制成形的方法，其特征是所述的料段长度为L＝(1～3)(B1+B2)，B1为毛坯大环部分的轴向尺寸，B2为毛坯小环部分的轴向尺寸。
全文摘要
本发明涉及一种外台阶截面环件轧制成形的方法。外台阶截面环件轧制成形的方法，其特征是按如下步骤实现1)下料将棒材锯切成料段；2)制坯将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，然后将热态的料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成轧制用环件毛坯；3)轧环机轧制成形将毛坯放入加热炉中加热，当温度达到热变形温度(铝合金环件热变形温度为550℃～350℃；钢铁材料环件热变形温度为1200℃～800℃)时取出，放入轧环机孔型内轧制成形，轧制过程中环件与轧辊间保持良好的润滑，当环件经过多转轧制变形且直径扩大到预定尺寸时，成为规定形状尺寸的外台阶截面环件锻件；4)锻件机械切削加工成产品。本发明具有成本低、生产效率高的特点。
文档编号B21H1/00GK1586754SQ20041006088
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月21日 优先权日2004年9月21日
发明者华林, 赵玉民, 毛华杰, 吴燕翔 申请人:武汉理工大学