H形截面环件的辗扩成形方法与流程

本发明涉及一种环件锻件的辗扩成形方法，具体涉及H形截面环件的辗扩成形方法。

背景技术：

近年来随着科学技术的不断推进，环件辗压技术取得了显著的发展，环件辗压已经从传统的矩形截面环件发展到截面变化的异形环件。轴向截面变化的异形环件，如H形截面环件等，在航空航天、机械工业应用广泛，H形截面的环件在其上下表面有环形凹槽，现有的方法是通过辗压获得矩形截面的环件，再经过后续机械加工得到所有的H形截面的环件。通过现有的方法获得H形截面环件主要存在以下缺陷，一方面材料利用率低，成本较高。由于辗压所形成的矩形环件需要通过后续的机械加工去除材料，大量的材料被加工掉，产品的材料利用率很低，同时由于在航天航空等领域所用的材料多为钛合金、高温合金等贵金属，材料的浪费增加了产品的成本。另一方面降低了品的性能。矩形环件在辗压过程中形成了纤维组织结构有利于材料力学性能和综合性能的提高，但是通过后续的机械加工，辗压阶段所形成的纤维结构被破坏掉，环件的力学性能和综合性能降低。H形异形环件轧制过程中受到多个非线性工艺参数的耦合影响，且对环件的径向和轴向尺寸和形状要求非常严格，因此，为了得到高质量、高性能的异形环件，必须精确设计环件的毛坯尺寸，对环件轧制过程的轧辊进给速度、转动速度等必须严格进行控制，精确控制环件的性能。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种材料利用率高，产品成本低，产品质量高的H形截面环件的辗扩成形方法。

本发明H形截面环件的辗扩成形方法，包括以下步骤：

第一步，轧制比确定，根据H形截面环件的形状尺寸选取轧制比的范围，

其中和分别为辗扩变形后环件内径和辗扩变形前环件内径；

第二步，环件毛坯尺寸的确定，毛坯体积为：

其中：

D为H形截面环件辗扩变形后外径，

d为H形截面环件辗扩变形后内径，

H为H形截面环件辗扩变形后的高度，

h为H形截面环件辗扩变形后凹槽的深度，

为H形截面环件辗扩变形后的中径，

为H形截面环件辗扩变形后凹槽的宽度，

为H形截面环件辗扩变形后内壁和垂直面的夹角，

R为H形截面环件辗扩变形后凹槽圆弧半径，

为H形截面环件辗扩变形后凹槽上下壁与铅垂面的夹角，

辗扩前后环件的高度尺寸不变，毛坯外径，毛坯内径；

第三步，环件辗扩，将上、下锥辊分别与环件毛坯的上下端面相抵，且上、下锥辊均绕自身轴线转动，并辗压环件毛坯的上、下端面，上、下锥辊上设置有环形凸台，所述环形凸台与H形截面环件的凹槽相配合；中心辊与环件毛坯的内壁相抵，且辗压环件毛坯，中心辊绕其轴线自转，支撑辊与环件毛坯外壁相抵，且绕自身轴线转动；上下锥辊H形截面环件的辗扩阶段中的中心辊和上下锥辊的进给速度为四个阶段：

轧制咬入阶段，中心辊进给速度由0mm/s线性增加到1mm/s,上下锥辊的进给速度由0 mm/s线性增加到0.25mm/s；

径向稳定轧制阶段，中心辊进给速度由1mm/s线性增加到2mm/s,上、下锥辊的进给速度稳定在0.25mm/s；

轴向稳定轧制阶段，中心辊进给速度稳定由2mm/s线性降为1mm/s，上下锥辊进给速度由0.25mm/s线性增加到0.5mm/s；

校正整圆阶段：中心辊进给速度稳定在1mm/s，上下锥辊进给速度稳定在0.5mm/s；

中心辊和上、下锥辊的转动：

轧制过程，上、下锥棍同速反向转动，中心辊与上、下锥辊转速的比例关系为：

，

其中、分别为上、下锥辊和中心辊转动角速度，为中心辊的外径，为上、下锥辊的中径。

优选地，的取值范围为2.5～3.0。

优选地，在毛坯环件外设置两个导向辊，两导向辊与毛坯环件的外壁滚动相连， 且两导向辊均绕其轴线自转。

优选地，环件毛坯为铝合金、钛合金、高温合金、不锈钢、钢制材料制成的环件毛坯。

本发明利用辗扩过程中体积不变的原理对H形截面进行辗扩成形，省略后期的机械加工去除材料，使得材料利用率高，且成品成本低，由于采用辗压成形，材料成形过程中形成的纤维组织有利于材料力学性能和综合性能的提高，产品质量高。

附图说明

图1为H形截面环件结构示意图。

图2为H形截面环件辗扩主视图。

图3为H形截面环件辗扩俯视图。

附图标记：1-上锥辊，2-下锥辊，3-H形截面环件，4-中心辊，5-支撑辊，6-导向辊。

具体实施方式

本发明H形截面环件的辗扩成形方法，包括以下步骤：

第一步，轧制比确定，根据H形截面环件3的形状尺寸选取轧制比的范围，

，

其中和分别为辗扩变形后环件内径和环件毛坯的内径；

第二步，环件毛坯尺寸的确定，毛坯体积为：

其中：

D为H形截面环件辗扩变形后外径，

d为H形截面环件辗扩变形后内径，

H为H形截面环件辗扩变形后的高度，

h为H形截面环件辗扩变形后凹槽的深度，

为H形截面环件辗扩变形后的中径，

为H形截面环件辗扩变形后凹槽的宽度，

为H形截面环件辗扩变形后内壁和垂直面的夹角，

R为H形截面环件辗扩变形后凹槽圆弧半径，

为H形截面环件辗扩变形后凹槽上下壁与铅垂面的夹角，

辗扩前后环件的高度尺寸不变，毛坯外径，毛坯内径；

第三步，环件辗扩，将上、下锥辊1、2分别与环件毛坯的上下端面相抵，且上、下锥辊1、2均绕自身轴线转动，并辗压环件毛坯的上、下端面，上、下锥辊1、2上设置有环形凸台，所述环形凸台与H形截面环件3的凹槽相配合；中心辊4与环件毛坯的内壁相抵，且辗压环件毛坯，中心辊4绕其轴线自转，支撑辊5与环件毛坯外壁相抵，且绕自身轴线转动；H形截面环件3的辗扩阶段中的中心辊4和上、下锥辊1、2的进给速度为四个阶段：

轧制咬入阶段，中心辊4进给速度由0mm/s线性增加到1mm/s,上、下锥辊1、2的进给速度由0 mm/s线性增加到0.25mm/s；

径向稳定轧制阶段，中心辊4进给速度由1mm/s线性增加到2mm/s,上、下锥辊1、2的进给速度稳定在0.25mm/s；

轴向稳定轧制阶段，中心辊4进给速度稳定由2mm/s线性降为1mm/s，上、下锥辊1、2进给速度由0.25mm/s线性增加到0.5mm/s；

校正整圆阶段：中心辊4进给速度稳定在1mm/s，上、下锥辊1、2进给速度稳定在0.5mm/s；

中心辊4和上、下锥辊1、2的转动：轧制过程，上、下锥棍同速反向转动，中心辊与上、下锥辊转速的比例关系为：

，

其中、分别为上、下锥辊1、2和中心辊4转动角速度，为中心辊的外径，为上、下锥辊1、2的中径。的取值范围为2.5～3.0。在毛坯环件外设置两个导向辊6，两导向辊6与毛坯环件的外壁滚动相连， 且两导向辊6均饶其轴线自转。环件毛坯为铝合金、钛合金、高温合金、不锈钢、钢制材料制成的环件毛坯。

以附图1所示的H形截面环件3具体实施为例，要求辗扩成形的H形截面环件3尺寸为：环件外径D=840mm，内径d=760mm，环件高度H=80mm,环件中径mm，H形凹槽宽度mm，H形凹槽高度h=10mm, H形内壁和垂直面的夹角=5°，凹槽圆弧半径R=2mm。

确定辗扩比：根据H形截面环3件的形状尺寸按照经验确定辗扩比的范围，，在本例的具体实施过程中，取=2.6；

确定环件毛坯尺寸：根据H形截面环件3的尺寸、辗扩比以及体积不变原理，确定矩形环件毛坯尺寸，毛坯体积计算公式按照下式进行计算：

辗扩前后环件的高度尺寸不变，确定毛坯高度H=80mm，毛坯外径，毛坯内径，计算得出毛坯外径mm,毛坯内径mm。

环件的辗扩：H形截面环件3的辗扩阶段中的中心辊4和上、下锥辊1、2的进给速度为四个阶段：

轧制咬入阶段，中心辊4进给速度由0mm/s线性增加到1mm/s,上、下锥辊1、2的进给速度由0 mm/s线性增加到0.25mm/s；

径向稳定轧制阶段，中心辊4进给速度由1mm/s线性增加到2mm/s,上、下锥辊1、2的进给速度稳定在0.25mm/s；

轴向稳定轧制阶段，中心辊4进给速度稳定由2mm/s线性降为1mm/s，上、下锥辊1、2进给速度由0.25mm/s线性增加到0.5mm/s；

校正整圆阶段，中心辊4进给速度稳定在1mm/s，上、下锥辊1、2进给速度稳定在0.5mm/s；

中心辊4和上、下锥棍1、2的转动：轧制过程，上、下锥辊1、2同速反向转动，中心辊4与上、下锥辊1、2转速的比例关系为：，其中、分别为上、下锥辊1、2和中心辊4转动角速度，中心辊4外径=450mm，上、下锥辊1、2中径=60mm。中心辊4顺时针转动，转速为4.20rad/s，上锥辊1顺时针转动，转速为31.50rad/s，下锥辊2逆时针转动，转速为31.50rad/s.

环件的校正整圆阶段：中心辊4进给速度稳定在1mm/s，上下锥辊1、2进给速度稳定在0.5mm/s。

采用上述的一种H形截面环件3的辗压方法可以完成对轴向截面为异形的环件成形，通过该发明成形的环件具有力学性能高、材料利用率高、生产成本低等特点。