專利名稱：一種厚壁深槽環(huán)件復(fù)合軋制成形工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種厚壁深槽環(huán)件復(fù)合軋制成形工藝。
背景技術(shù)：
圖1所示環(huán)件幾何特征為厚壁(壁厚通常大于內(nèi)孔半徑)、小孔徑、表面有深凹槽 (槽深通常占壁厚四分之一以上)，稱為厚壁深槽環(huán)件(本發(fā)明簡(jiǎn)稱為環(huán)件)。工程常用的雙聯(lián)齒輪、雙邊法蘭、雙邊支重輪體、高壓球閥體等機(jī)械零件均屬于此類環(huán)件。此類環(huán)件表面深槽難以通過模鍛直接成形，通常是先采用模鍛簡(jiǎn)單成形，再經(jīng)切削加工到成品尺寸。這種加工工藝能耗高、材料利用率低，后續(xù)切削加工不僅消耗工時(shí)且切斷了環(huán)件金屬纖維流線，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品性能差。環(huán)件復(fù)合軋制是通過連續(xù)回轉(zhuǎn)塑性變形而成形厚壁深槽環(huán)件的一種塑性加工新方法，其原理如圖2所示。圖2中，主軋輥1同時(shí)作主動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和向下直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，芯輥2和右副軋輥4、左副軋輥5為空轉(zhuǎn)輥，在環(huán)件帶動(dòng)下作被動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)變形過程可分為兩個(gè)階段(a) (b)為環(huán)件軋制階段，主軋輥1、芯輥2、右副軋輥4與環(huán)件毛坯3構(gòu)成普通環(huán)件軋制變形模式，環(huán)件毛坯在主軋輥1和芯輥2組成的孔型中產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形而減薄壁厚、擴(kuò)大直徑，右副軋輥4保證了環(huán)件變形過程的穩(wěn)定性。(b) (c)為三輥橫軋階段當(dāng)環(huán)件毛坯外徑擴(kuò)大至與左副軋輥5接觸后，主軋輥1和右副軋輥4、左副軋輥5 與環(huán)件毛坯3構(gòu)成三輥橫軋變形模式，主軋輥1與右副軋輥4、左副軋輥5對(duì)環(huán)件毛坯的三點(diǎn)旋轉(zhuǎn)軋制限制了其直徑擴(kuò)大，迫使環(huán)件毛坯表面金屬填充軋輥型腔，環(huán)件毛坯在主軋輥1 和右副軋輥4、左副軋輥5構(gòu)成的孔型中產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形而成形凹槽，當(dāng)環(huán)件毛坯金屬充滿軋輥型腔時(shí)，凹槽完全成形，整個(gè)變形過程結(jié)束。環(huán)件復(fù)合軋制通過普通環(huán)件軋制變形與三輥橫軋變形的結(jié)合，使環(huán)件同時(shí)獲得精確的外徑尺寸和表面深槽，突破了普通環(huán)件軋制方法只適用于截面形狀簡(jiǎn)單的薄壁大孔環(huán)件成形的局限，并具有能耗低、材料利用率高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好等眾多技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)點(diǎn)。然而，環(huán)件復(fù)合軋制成形是一個(gè)復(fù)雜的變形過程，工藝參數(shù)多，各參數(shù)對(duì)軋制變形影響不同且相互影響，軋制中容易產(chǎn)生各種軋制缺陷，形成廢、次品。因此，合理的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)厚壁深槽環(huán)件正常穩(wěn)定軋制成形至關(guān)重要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種厚壁深槽環(huán)件復(fù)合軋制成形工藝，該工藝可保障軋制過程穩(wěn)定進(jìn)行和環(huán)件正常成形，可有效降低軋制成形環(huán)件廢、次品率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種厚壁深槽環(huán)件復(fù)合軋制成形工藝， 其特征在于它包括如下步驟(1)制坯將棒料段從室溫均勻加熱到熱變形溫度，然后將熱態(tài)的棒料段鐓粗、沖孔、沖連皮，并去應(yīng)力退火，制成軋制用環(huán)件毛坯；環(huán)件毛坯形狀設(shè)計(jì)為矩形截面，環(huán)件毛坯尺寸設(shè)計(jì)過程如下
a)計(jì)算環(huán)件體積V
權(quán)利要求
1. 一種厚壁深槽環(huán)件復(fù)合軋制成形工藝，其特征在于它包括如下步驟(1)制坯將棒料段從室溫均勻加熱到熱變形溫度，然后將熱態(tài)的棒料段鐓粗、沖孔、 沖連皮，并去應(yīng)力退火，制成軋制用環(huán)件毛坯；環(huán)件毛坯形狀設(shè)計(jì)為矩形截面，環(huán)件毛坯尺寸設(shè)計(jì)過程如下a)計(jì)算環(huán)件體積VV = f「(A2 -今 +(巧 ~d2)hg +(D22-d2)h；4JDp Dg、D2、d分別為環(huán)件上臺(tái)階直徑、凹槽直徑、下臺(tái)階直徑和內(nèi)徑，h” hg、h2分別為環(huán)件上臺(tái)階高度、凹槽高度和下臺(tái)階高度；b)確定軋制比k軋制比k為環(huán)件內(nèi)徑與環(huán)件毛坯內(nèi)徑之比，即k = d/屯，其中Cltl為環(huán)件毛坯內(nèi)徑；k取 1. 2 1. 5 ；c)確定環(huán)件毛坯高度Iitl采用閉式孔型軋制，取環(huán)件毛坯高度&與環(huán)件高度h相等，h = I^hJh2 ；d)確定環(huán)件毛坯內(nèi)徑Cltl和環(huán)件毛坯外徑Dtl基于塑性變形體積不變?cè)?，根?jù)軋制比k和環(huán)件毛坯高度Iv確定環(huán)件毛坯內(nèi)徑Cltl和外徑Dtl為 d0 = d/k，D = /(A2-d2)^ +(D2g-d2)hg +(D22 -d2)h2 | # °~]jWh2‘'(2)軋制孔型設(shè)計(jì)厚壁深槽環(huán)件復(fù)合軋制孔型包括軋制環(huán)件軋制階段和三輥橫軋階段，軋制環(huán)件軋制階段由主軋輥和芯輥構(gòu)成的孔型，三輥橫軋階段由主軋輥和兩個(gè)副軋輥構(gòu)成的孔型；軋制環(huán)件軋制階段和三輥橫軋階段軋制孔型均設(shè)計(jì)為閉式孔型；主軋輥和兩個(gè)副軋輥工作面型腔與環(huán)件截面形狀相對(duì)應(yīng)，芯輥工作面為圓柱面；主軋輥和芯輥尺寸設(shè)計(jì)如下 a)主軋輥和芯輥工作面尺寸主軋輥和芯輥尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下條件①主軋輥和芯輥的工作面半徑Rm2和氏應(yīng)滿足下述公式，1 1 \ .5β -+ — <-—Rm2 R,H0式中，Rm2為主軋輥下型腔面半徑，氏為芯輥工作面半徑；β = arctany為摩擦角，μ 為摩擦系數(shù)，對(duì)于鋼環(huán)件，μ通常取0. 3 0. 35，H0 = (D0-d0)/2, H0為環(huán)件毛坯壁厚；②芯輥工作面直徑設(shè)計(jì)為 Ri = d0/2_3 5mm ；③根據(jù)軋環(huán)機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)要求，主軋輥和芯輥的閉合中心距應(yīng)在軋環(huán)機(jī)極限閉合中心距范圍內(nèi)；主軋輥和芯輥閉合時(shí)的最小型腔寬度不應(yīng)超過環(huán)件的最大壁厚，通常定為Rm2 +R1 +Bm2 +B1 = lmax^mm，Bffl^Bi = H2-I 2讓；式中，Lmax和Lmin為軋環(huán)機(jī)允許的最大和最小閉合中心距；Bm2為主軋輥下型腔寬度，Bi為芯輥型腔寬度；H2 = (D2-d)/2為環(huán)件最大壁厚；根據(jù)①、②、③條件確定Rm2、R” Bffl2, Bi后，根據(jù)幾何關(guān)系進(jìn)一步確定主軋輥上型腔面半徑Rml、凸臺(tái)面半徑Rmg和上型腔寬度Bml如下Rffli = RmJ(D2-D1)/^, Rfflg = Rm2+(D2-Dg)/2，Bffll = Bffl2-(D2-D1)/2 根據(jù)環(huán)件上臺(tái)階高度h、凹槽高度hg和下臺(tái)階高度Ii2可確定主軋輥上型腔高度hml、凸臺(tái)高度hmg、下型腔高度hm2以及芯輥型腔高度Iii為hml = h^O. 3 0. 5mm, hmg = hg, hm2 = h2+0. 3 0. 5mm, hj = hml+hmg+hm2 ； 主軋輥上側(cè)壁高度、下側(cè)壁高度hmu、hmd與芯輥上側(cè)壁高度、下側(cè)壁高度hiu、hid分別相同；b)副軋輥工作面尺寸和位置兩個(gè)副軋輥設(shè)計(jì)為一樣；副軋輥工作面半徑根據(jù)設(shè)備空間尺寸確定，以保證副軋輥方便安裝且不與設(shè)備其他部件發(fā)生干涉，設(shè)計(jì)副軋輥凸臺(tái)面半徑為 Rpg ^ 1/3 l/5RmgI^pg確定后，根據(jù)幾何關(guān)系可確定副軋輥下型腔面半徑艮2 = I pg-(D2-Dg)/2，副軋輥上型腔面半徑 Rpl = Rpg-(D1-Dg)/2 ；副軋輥上型腔寬度^5l = Bml，副軋輥下型腔寬度Bp2 = Bm2，副軋輥上側(cè)壁高度hpu = hmu， 副軋輥下側(cè)壁高度hpd = hmd，副軋輥上型腔高度hpl = hml，副軋輥凸臺(tái)高度hpg = hmg，副軋輥下型腔高度hp2 = hm2 ；當(dāng)環(huán)件毛坯、主軋輥和副軋輥工作面尺寸確定后，通過幾何關(guān)系作圖，可確定左副軋輥、右副軋輥圓心位置，首先根據(jù)環(huán)件毛坯外徑面、環(huán)件凹槽面和主軋輥凸臺(tái)面幾何關(guān)系作圖確定軋制結(jié)束時(shí)主軋輥圓心位置Oml和厚壁深槽環(huán)件圓心位置0ri，Offl表示主軋輥初始圓心位置；右副軋輥的凸臺(tái)面整個(gè)軋制過程一直與環(huán)件接觸，在軋制開始時(shí)與環(huán)件毛坯外徑面接觸，在軋制結(jié)束時(shí)與環(huán)件凹槽面接觸，則以環(huán)件毛坯圓心位置A為圓心、環(huán)件毛坯外半徑與右副軋輥凸臺(tái)面半徑之和RfRpg為半徑作圓；以O(shè)ri為圓心、環(huán)件凹槽面半徑與副軋輥凸臺(tái)面半徑之和Rg+I pg為半徑作圓，兩圓交點(diǎn)即為右副軋輥圓心Olff ；左副軋輥5凸臺(tái)面軋制結(jié)束時(shí)與環(huán)件凹槽面接觸，確定左副軋輥圓心位置需先確定左副軋輥圓心和環(huán)件圓心連線與豎直線夾角θ ； θ角為45° 60° ； θ角確定后，根據(jù)幾何關(guān)系作圖，確定左副軋輥圓心位置Opl ；(3)成形參數(shù)設(shè)計(jì)成形參數(shù)包括主軋輥轉(zhuǎn)速、主軋輥進(jìn)給速度、軋制時(shí)間，設(shè)計(jì)如下a)主軋輥轉(zhuǎn)速 主軋輥線速度Vm取1. 1 1. 3m/s ；根據(jù)主軋輥工作面半徑Dmg，計(jì)算主軋輥轉(zhuǎn)速為nm = Vm/2 π Rfflg ；b)主軋輥進(jìn)給速度ν 主軋輥進(jìn)給速度按下式設(shè)計(jì)
全文摘要
本發(fā)明涉及一種厚壁深槽環(huán)件復(fù)合軋制成形工藝，其特征在于它包括如下內(nèi)容(1)環(huán)件毛坯設(shè)計(jì)基于體積不變?cè)恚鶕?jù)環(huán)件尺寸和軋制比，確定環(huán)件毛坯尺寸；(2)孔型設(shè)計(jì)根據(jù)環(huán)件軋制變形條件和設(shè)備結(jié)構(gòu)要求先設(shè)計(jì)主軋輥和芯輥工作面尺寸，再根據(jù)環(huán)件毛坯、環(huán)件和主軋輥尺寸，確定副軋輥工作面尺寸和位置；(3)成形參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)環(huán)件軋制變形條件和主軋輥尺寸依次設(shè)計(jì)主軋輥轉(zhuǎn)速、主軋輥進(jìn)給速度和軋制時(shí)間；(4)軋制成形。通過本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)厚壁深槽環(huán)件復(fù)合軋制成形工藝合理設(shè)計(jì)，保障厚壁深槽環(huán)件正常穩(wěn)定軋制成形，降低軋制廢、次品率，以實(shí)現(xiàn)雙聯(lián)齒輪、雙邊法蘭、雙邊支重輪輪體、高壓球閥體等機(jī)械零件節(jié)能節(jié)材優(yōu)質(zhì)高效成形制造。
文檔編號(hào)B21B25/00GK102357531SQ20111031637
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者華林, 張志強(qiáng), 錢東升 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)