一种TC4合金内T形截面异形环件坯料的设计方法与流程

本发明涉及环形件成形技术领域，特别是涉及一种精确计算tc4合金内t形截面异形环件坯料尺寸的方法

背景技术：

异形环件轧制工艺是在径向轧辊和轴向轧辊的共同作用下,使环坯截面尺寸减小,截面轮廓成形,直径扩大的一种高效的塑性成形工艺。现有的轧制预成形坯料的设计方法是依据金属塑性变形过程中的体积不变原理，按照一定的轧制比例，通过简单的计算，得到坯料尺寸。袁海伦在“异形截面环件毛坯结构优化设计及轧制过程计算机仿真:[博士学位论文]”中分别针对上、下孔型法兰环件设计了斜l形坯料，并进行了数值模拟，结果表明，金属流动主要为切向方向，径向流动较为困难；郭良刚等人在“tc4钛合金锥形环辗轧坯料仿真优化设计，塑性工程学报”中指出对tc4钛合金锥形环件热辗轧过程设计了“芯辊基准型”和“驱动辊基准型”两种不等壁厚锥形环坯，对传统“等壁厚型”锥形环坯进行优化；赵晓光等人在专利：cn105268886a中发明了一种涉及内t形环件坯料镦挤成型方法，发明中提出的镦挤成型方法能够促使锻件坯料成型,成为带有内t型结构的构件。由于tc4合金的金属流动性较差，因而需要更精确地对环件及坯料的各部分尺寸进行精确计算，然而针对tc4合金内t形截面异形环件坯料设计的方法，国内尚属空缺。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种tc4合金内t形截面异形环件坯料的设计方法，填补了国内对于tc4合金内t形截面异形环件坯料设计的空白，首先将环件整体按等体积平均分成四块，然后单独计算每一块坯料的尺寸，再将它们结合成最终的整体坯料。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种tc4合金内t形截面异形环件坯料的设计方法，包括以下步骤：

(1)根据环件的轴向尺寸，设置中间坯料b、中间坯料c及最终坯料d的高度为等高，由于tc4合金的流动性较差，且轧制过程中，金属主要沿径向流动，因此设计成等高坯料；

h0＝h0b，

h0＝h0c，

h0＝h0d，

式中，h0为环件的轴向高度，h0b为中间坯料b的轴向高度，h0c为中间坯料c的轴向高度，h0d为最终坯料的轴向高度；

(2)根据轧制比k和环件的内径d1确定中间坯料b、中间坯料c及最终坯料d的内径：

式中，d1为环件的内径，d1b、d1c、d1d分别为中间坯料b、中间坯料c、最终坯料d的内径；

(3)求出环件的整体体积以及环件凸台部位的体积：

v0＝v01+v02

式中，v0为环件的整体体积，v01为环件凸台部位的体积，v02为除去所述环件凸台部位剩下的矩形环件的体积，d0为环件的外径，d2为环件凸台的内径，h1为环件凸台的轴向高度；

(4)为了保证环件的凸台部位能够填充满，将凸台处的体积设计成原环件凸台部位体积的1.2倍，然后根据体积不变原理，用总体积减去1.2倍的凸台部位的体积之后剩下的体积，便是剩下的矩形截面坯料的体积；因此，将中间坯料b的凸台处的体积设计成步骤3中所述环件凸台部位的体积的1.2倍，求出中间坯料b的壁厚：

式中，d0b为中间坯料b的外径，l0b为中间坯料b的壁厚；

(5)将环件体积v0分成四等分，每部分体积为四分之一v0，由于环件关于水平方向中心线对称，对中间坯料b整体的上半部分进行计算，分割后环件上端仍然为矩形截面，由于这一部分的矩形截面坯料的体积、内径和外径均已求出，分割后所述中间坯料b上端仍然为矩形截面，算出所述矩形截面的轴向高度h2b：

式中，d0b为中间坯料b的外径，l0b为中间坯料b的壁厚；

(6)确定h2b之后，将中间坯料c分成体积相等的四部分，用虚线表示，为了保证中间凸台部位的坯料在变形过程中易于流动，且要求坯料分别在分割出来的四个区域中变形，然后将中间坯料b的矩形凸台设计成等体积的梯形凸台，所述梯形凸台的底刚好延伸至两端区域的分界线处，且所述梯形凸台的高为矩形凸台的高的1.2倍，具体计算如下：

l1c＝1.2l1

式中，h1c为梯形凸台的上底，2×h3c为梯形凸台的下底；

(7)将步骤6中所述的梯形凸台尺寸协调简化后即得到最终坯料d。

本发明相对于现有技术而言取得了以下技术效果：

本发明提供了一种tc4合金内t形截面异形环件坯料的设计方法,依据具体异形环件的截面面积形状，通过精确地体积计算和面积计算，将环件分成若干块，然后根据每一块在塑性变形过程中的体积不变原则，设计出每一块的坯料尺寸，再将它们合并起来，便得到整体的坯料尺寸，采用本发明制作的环件疲劳能够有效避免轧制过程中金属填充不满的缺陷。

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t形截面异形环件的截面剖视图：

图2为本发明实施例矩形凸台中间坯料b的截面剖视图；

图3为本发明实施例梯形凸台中间坯料c的截面剖视图；

图4为本发明实施例t形截面异形环件最终坯料d的截面剖视图。

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tc4合金内t形截面异形环件坯料的设计方法，采用环件分块尺寸的计算，单独设计每一块的坯料的尺寸，并最终结合成最终坯料。

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。

在本实施例中环件采用的是tc4合金内t形截面的异形环件，如图1-4，对本发明做出进一步详细的说明。

本发明提供了一种一种tc4合金内t形截面异形环件坯料的设计方法，包括以下步骤：

(1)根据环件的轴向尺寸，设置中间坯料b、中间坯料c及最终坯料d的高度为等高：

h0＝h0b，

h0＝h0c，

h0＝h0d，

式中，h0为环件的轴向高度，h0b为中间坯料b的轴向高度，h0c为中间坯料c的轴向高度，h0d为最终坯料的轴向高度；

(2)根据轧制比k和环件的内径d1确定中间坯料b、中间坯料c及最终坯料d的内径：

式中，d1为环件的内径，d1b、d1c、d1d分别为中间坯料b、中间坯料c、最终坯料d的内径；轧制比k一般取值为1.2～1.8，根据环件的具体尺寸进行具体的选择。

(3)求出环件的整体体积以及环件凸台部位的体积：

v0＝v01+v02

式中，v0为环件的整体体积，v01为环件凸台部位的体积，v02为除去所述环件凸台部位剩下的矩形环件的体积，d0为环件的外径，d2为环件凸台的内径，h1为环件凸台的轴向高度；

(4)将中间坯料b的凸台处的体积设计成步骤3中所述环件凸台部位的体积的1.2倍，求出中间坯料b的壁厚：

式中，d0b为中间坯料b的外径，l0b为中间坯料b的壁厚；

(5)将环件体积v0分成四等分，每部分体积为四分之一v0，对中间坯料b整体的上半部分进行计算，分割后所述中间坯料b上端仍然为矩形截面，算出所述矩形截面的轴向高度h2b：

式中，d0b为中间坯料b的外径，l0b为中间坯料b的壁厚；

(6)确定h2b之后，将中间坯料c分成体积相等的四部分，用虚线表示，

然后将中间坯料b的矩形凸台设计成等体积的梯形凸台，所述梯形凸台的底刚好延伸至两端区域的分界线处，且所述梯形凸台的高为矩形凸台的高的1.2倍，具体计算如下：

式中，h1c为梯形凸台的上底，2×h3c为梯形凸台的下底；

l1c＝1.1l1

(7)将步骤6中所述的梯形凸台尺寸协调简化后即得到最终坯料d。具体的将中间配料c的梯形凸台中有折角的部位进行倒圆平滑化得到最终配料d，其中，d0c＝d0d，d1c＝d1d，d2c＝d2d，l0c＝l0d，h0c＝h0d，h2c＝h2d，h3c＝h3d。

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。