一种非对称双台阶环件辗扩毛坯尺寸的设计方法与流程

本发明涉及一种非对称双台阶环件辗扩毛坯尺寸的设计方法，它属于异形环件加工成形技术领域。

背景技术：

毛坯尺寸的设计在异形环件辗扩成形工艺中是非常关键的环节，它关系着异形环件能否辗扩成形预期的尺寸。一般对于台阶类异形环件，台阶辗扩成形难度大，毛坯设计遵循体积不变、截面相等等原则，但对于非对称双台阶环件，上下具有两个外台阶，且台阶尺寸相差较大，若采用体积相等原则设计矩形截面毛坯，由于金属材料分配不合理，导致出现长台阶材料充填不满，短台阶材料堆积现象；而采用截面相等原则设计异形毛坯，环坯中间会出现凹槽，增大制坯难度，不符合实际生产。因此，上述毛坯设计方法不适用于非对称双台阶环件辗扩成形。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有异形环件辗扩成形工艺的毛坯尺寸设计方法存在的金属材料分配不合理和制坯难度大的技术问题，提供一种非对称双台阶环件辗扩毛坯尺寸的设计方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种非对称双台阶环件辗扩毛坯尺寸的设计方法，其中：所述非对称双台阶环件为环件上、下台阶外径不相同且上、下台阶的壁厚不相同的环件，设计步骤为：

1)设环件凹槽高度的二分之一处为分界面，将环件分为环件上台阶部分和环件下台阶部分；

2)将毛坯设为带一个外台阶的环形毛坯并设定毛坯分界面与环件的分界面等高，将毛坯分为带外台阶部分和不带外台阶部分，使环件上台阶部分与毛坯带外台阶部分体积相等，环件下台阶部分与毛坯不带外台阶部分体积相等，且环件上台阶轴向高度与毛坯外台阶轴向高度相等；

3)依据下述公式计算环件上台阶部分体积vu、下台阶部分体积vd和总体积v0

v0＝vu+vd(3)

式中：d1为环件上台阶外径，h1为环件上台阶轴向高度，d2为环件中间部分外径，h2为环件中间部分轴向高度，d3为环件下台阶外径，h3为环件下台阶轴向高度，d0为环件内径，r1为环件倒角；

4)根据辗扩比k，确定毛坯内径d0

5)根据下述公式计算毛坯的下半部分体积v′d，确定毛坯小端外径d2

式中：d0为毛坯内径，h2为毛坯分界面高度，h2＝h4，h4为环件分界面高度，

其中：v′d＝vd，则

6)根据下述公式计算毛坯体积v′0，确定毛坯外台阶长度l

式中：h0为毛坯的高度，h1为毛坯外台阶轴向高度，r2为毛坯倒角，

其中：v′0＝v0，h1＝h1，h0＝h0，h0为环件总高度，则

7)确定毛坯外台阶外径d1

d1＝2l+d0(9)。

本发明的有益效果为：

由于本发明确定了毛坯内径d0，毛坯小端外径d2，毛坯外台阶长度l，毛坯倒角r2与环件尺寸的关系，能够快速准确地计算得出毛坯的所有尺寸，提高了设计效率；通过将环件分为两部分，可以达到毛坯合理分配材料的目的；通过设计带外台阶的毛坯，可以解决环件上台阶由于台阶较长而不容易填充问题；此外，整个毛坯设计降低了制坯的难度，提高了材料利用率，为实际环件生产节约成本。

附图说明

图1是本发明非对称双台阶环件锻件结构示意图；

图2是本发明毛坯的结构示意图；

图中：d0为环件内径，d1为环件上台阶外径，d2为环件中间部分外径，d3为环件下台阶外径，h1为环件上台阶轴向高度，h2为环件中间部分轴向高度，h3为环件下台阶轴向高度，h4为环件分界面高度，h0为环件总高度，r1为环件倒角，d0为毛坯内径，d1为毛坯外台阶外径，d2为毛坯小端外径，h0为毛坯的高度，h1为毛坯外台阶轴向高度，h2为毛坯分界面高度，r2为毛坯倒角，l为毛坯外台阶长度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

本实施例中的一种非对称双台阶环件辗扩毛坯尺寸的设计方法，其中：如图1所示，所述非对称双台阶环件为环件上、下台阶外径不相同且上、下台阶的壁厚不相同的环件，设计步骤为：

1)因所述环件辗扩过程中需要凹槽部分金属材料向环件上下两端流动，故设环件凹槽高度的二分之一处为分界面，将环件分为环件上台阶部分和环件下台阶部分；使金属材料可以在分界面附近分别向上向下流动；

2)由于上台阶需要金属材料多，故设计带外台阶毛坯如图2所示，即增加毛坯上半部分体积，且环件辗扩前后轴向高度不变，并设定毛坯分界面与环件的分界面等高，将毛坯分为带外台阶部分和不带外台阶部分，使环件上台阶部分与毛坯带外台阶部分体积相等，环件下台阶部分与毛坯不带外台阶部分体积相等，且环件上台阶轴向高度与毛坯外台阶轴向高度相等；

3)依据下述公式计算环件上台阶部分体积vu、下台阶部分体积vd和总体积v0

v0＝vu+vd(3)

式中：d1为环件上台阶外径，h1为环件上台阶轴向高度，d2为环件中间部分外径，h2为环件中间部分轴向高度，d3为环件下台阶外径，h3为环件下台阶轴向高度，d0为环件内径，r1为环件倒角；

4)根据辗扩比k，确定毛坯内径d0

5)根据下述公式计算毛坯的下半部分体积v′d，确定毛坯小端外径d2

式中：d0为毛坯内径，h2为毛坯分界面高度，h2＝h4，h4为环件分界面高度，

其中：v′d＝vd，则

6)根据下述公式计算毛坯体积v′0，确定毛坯外台阶长度l

式中：h0为毛坯的高度，h1为毛坯外台阶轴向高度，r2为毛坯倒角，

其中：v′0＝v0，h1＝h1，h0＝h0，h0为环件总高度，则

7)确定毛坯外台阶外径d1

d1＝2l+d0(9)。

下面通过一工程实例对本发明做进一步的描述。

如图1、2所示，环件锻件尺寸为：d1＝473mm，d2＝374mm，d3＝415mm，h1＝45mm，h2＝127mm，h3＝40mm，d0＝304mm，r1＝r2＝20mm。

①根据上述公式(1)、(2)和(3)计算得出环件上台阶部分体积vu、下台阶部分体积vd和总体积v0：

vu＝7060786.446mm³，vd＝4927075.657mm³，v0＝11987862.103mm³；

②选择辗扩比k＝1.52，根据公式(4)计算得出毛坯内径d0＝200mm；

③根据公式(5)和(6)得出毛坯小端外径d2＝317.19mm；

④根据公式(7)和(8)得出毛坯台阶长度l＝36.97mm；

⑤根据公式(9)得出毛坯外台阶外径d1＝391.13mm。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也包含这些改动和变型。