一种确定环件双向辗轧过程轧制曲线的方法技术

一种确定环件双向辗轧过程轧制曲线的方法，通过确定成形环件尺寸Df、hf、bf以及毛坯尺寸D0、h0、b0，得到轧制曲线的起点和终点坐标。再获取相关的轧辊尺寸参数及工艺参数，确定幂指数n的合理取值范围。最后，确定n的具体取值及轧制曲线形式，则可确定相应的轧制曲线方程，从而绘制得到轧制曲线的图形。该方法对于某一环件产品的轧制，能够同时确定上凸形、直线形和下凹形三类轧制曲线；并且对于上凸形和下凹形轧制曲线，通过选取不同的幂指数n从而得到一系列的轧制曲线，能够满足不同环件辗轧过程对不同凹凸程度轧制曲线的特殊需求，为难变形材料环件形/性一体化成形制造提供了重要方法和基础，并有利于实现环件双向辗轧过程的自动化。

【技术实现步骤摘要】
一种确定环件双向辗轧过程轧制曲线的方法
本专利技术属于环件轧制成形加工领域，具体涉及一种确定环件双向辗轧过程轧制曲线的方法。
技术介绍
轧制曲线描述了环件双向辗轧过程径向与轴向变形量的瞬时分配关系，进而决定了变形过程的历史与轧辊路径，因而对最终轧制环件的几何精度、特别是微观组织具有重要的影响作用，这对于钛合金等难变形材料环件辗轧来说，更是如此。因此，轧制曲线的确定是难变形材料(钛合金、高温合金等)环件双向辗轧最为重要的核心技术之一。目前轧制曲线的确定，大都依赖生产经验直接给定，缺乏科学的方法，因而难以发挥环件双向辗轧能使材料产生径向和轴向交替均匀充分变形以获得具有优良组织的高性能环件的工艺优势。Keeton等提出一种双曲轧制曲线(KeetonCR.“Ringrolling”,inMetalshandbook:formingandforging[M].ASMInternational,MetalsPark,OH,1988)，但此类轧制曲线只适用于特定尺寸的毛坯，具有一定的局限性，也未见具体确定该类轧制曲线的方法被公开报道。菅海燕等通过修正WAGNER轧制曲线研究了环件双向辗轧工艺(菅海燕,陈志刚,宋涛.径轴向轧环机轧环工艺[J].锻压技术.1995,3:37-40)，但轧制曲线的修正依赖于经验，缺乏确定轧制曲线的科学方法；刘东等实验研究了GH4169合金环件双向辗轧过程三种典型轧制曲线对环件温度、直径增长速率、以及轧制力的影响(刘东,付明杰,万自永.GH4169合金矩形截面环轧制曲线的实验研究[J].航空学报.2007,28(5),1276-1280)，该研究虽然提到采用幂函数描述轧制曲线，但未见公开轧制曲线确定的具体方法和步骤。以轧制曲线和rollingcurve为关键词，经检索国内外专利数据库和论文数据库，也暂未见有关轧制曲线确定方法的公开报道。
技术实现思路
为克服现有技术中轧制曲线确定仍依赖于经验而缺乏科学的确定方法的不足，本专利技术提出了一种确定环件双向辗轧过程轧制曲线的方法。本专利技术提出的确定环件双向辗轧过程轧制曲线的方法，其具体过程是：步骤一，建立环件双向辗轧过程变形前的环坯截面和变形后的环件截面的几何构型与坐标系。采用Df、hf、bf分别表示已成形环件外径、高度及壁厚；D0、h0、b0分别表示环坯外径、高度及壁厚。在建立的环坯截面和环件截面的几何构型与坐标系下，得到轧制曲线的起点坐标为(b0，h0)，终点坐标为(bf，hf)。所述环件双向辗轧过程变形前的环坯截面为矩形，包括第一侧边I、上边J、第二侧边K、和下边L；所述环件双向辗轧过程变形后的环件截面为矩形，包括第一侧边i、上边j、第二侧边k和下边l。所述建立的环件双向辗轧过程变形前的环坯截面和变形后的环件截面的几何构型是：环坯截面的第一侧边I与环件截面的第一侧边i重合；环坯截面的下边L与环件截面的下边l重合。在环坯截面中，该环坯截面上边J与第二侧边K的交点处为轧制曲线的起点，该环件截面上边j与第二侧边k的交点处为轧制曲线的终点。所述环件双向辗轧过程环坯截面和环件截面的坐标系是：以环坯截面第一侧边I与环坯截面的下边L的交点为坐标原点O，以环坯截面的下边L为x轴，表示环坯变形过程中的壁厚；以环坯截面第一侧边I为y轴，表示环坯变形过程中的高度。步骤二，建立轧制曲线的方程。从步骤一确定的轧制曲线起点(b0，h0)到终点(bf，hf)之间，根据环件双向辗轧的方法，有上凸形轧制曲线、直线形轧制曲线以及下凹形轧制曲线三类。三类轧制曲线的方程如下确定：Ⅰ、对于下凹形轧制曲线，曲线方程由式(3)确定：Ⅱ、对于上凸形轧制曲线，曲线方程由式(4)确定：Ⅲ、对于直线形轧制曲线，曲线方程由式(5)确定：步骤三，确定轧制曲线方程中幂指数n的合理取值范围。对于直线形轧制曲线，n＝1；对于上凸形和下凹形轧制曲线，幂指数n的范围由式(13)确定：式(13)中，nr为驱动辊转速；R1为驱动辊半径；βa为轴向孔型的摩擦角，所述βa＝arctan(μ)，其中，μ为锥辊与环件端面接触摩擦系数；S0i为锥辊顶点到锥辊与环件内径接触点处的初始距离；γ为锥辊的锥角；Rf为成形环件的外径，且Rf＝Df/2；vr为芯辊进给速度；Rf＝Df/2步骤四，确定环坯的高度h0、壁厚b0和环件的高度hf、壁厚bf，以及轧制曲线方程的幂指数n。所述确定环坯的高度h0、壁厚b0和环件的高度hf、壁厚bf，以及轧制曲线方程的幂指数n的过程是：获取环件外径Df、环件高度hf、环件壁厚bf和芯辊尺寸Rm，并根据获取的外径Df、环件高度hf、环件壁厚bf和芯辊尺寸Rm，得到毛坯外径D0、毛坯高度h0、毛坯壁厚b0；根据工艺要求，获取驱动辊转速nr、驱动辊半径R1、锥辊顶点到环件内径接触点处的距离S0i、锥辊的锥角γ和轴向孔型的摩擦角βa。根据式(13)确定幂指数n的取值范围，并在此范围内选取所需要的n值；步骤五，绘制轧制曲线图形。把步骤四得到的环坯的高度h0、壁厚b0、环件的高度hf、壁厚bf、以及轧制曲线方程的幂指数n分别代入公式(3)、(4)、(5)中，则分别得到下凹形、上凸形和直线形轧制曲线方程，采用Matlab即可绘制得到相应轧制曲线方程的图形。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种环件双向辗轧过程轧制曲线的确定方法。首先，确定成形环件尺寸Df、hf、bf以及毛坯尺寸D0、h0、b0，得到轧制曲线的起点和终点坐标；然后，获取相关的轧辊尺寸参数及工艺参数，确定幂指数n的合理取值范围；最后，确定n的具体取值及轧制曲线形式，则可确定相应的轧制曲线方程，从而绘制得到轧制曲线的图形。该方法对于某一环件产品的轧制，能够同时确定上凸形、直线形和下凹形三类轧制曲线；并且，对于上凸形和下凹形轧制曲线，可选取不同的幂指数n从而得到一系列的轧制曲线，能够满足不同环件辗轧过程对不同凹凸程度轧制曲线的特殊需求，为难变形材料环件形/性一体化成形制造提供了重要方法和基础，并有利于实现环件双向辗轧过程的自动化。附图说明图1为确定环件双向辗轧过程轧制曲线的流程框图。图2为环件双向辗轧过程变形前和变形后环件截面的几何构型与坐标系。图3为依据本专利技术轧制曲线确定方法绘制的轧制曲线图形。图中：1.上凸形轧制曲线；2.直线形轧制曲线；3.下凹形轧制曲线；4.环坯截面；5.环件截面；6.n＝4.5时的上凸形轧制曲线；7.n＝2.5时的上凸形轧制曲线；8.n＝1时的直线形轧制曲线；9.n＝2.5时的下凹形轧制曲线；10.n＝4.5时的下凹形轧制曲线。具体实施方式本实施例是一种确定环件双向辗轧过程轧制曲线的方法，具体步骤如下：步骤一，建立环件双向辗轧过程变形前的环坯截面和变形后的环件截面的几何构型与坐标系。其中，环坯截面为由第一侧边I、上边J、第二侧边K、和下边L所围成的矩形；环件截面为由第一侧边i、上边j、第二侧边k和下边l所围成的矩形。所述环件双向辗轧过程环坯截面和环件截面的几何构型是：环坯截面的第一侧边I与环件截面的第一侧边i重合；环坯截面的下边L与环件截面的下边l重合。在环坯截面中，该环坯截面上边J与第二侧边K的交点处为轧制曲线的起点，该环件截面上边j与第二侧边k的交点处为轧制曲线的终点。所述环件双向辗轧过程环坯截面和环件截面的坐标系是：以环坯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定环件双向辗轧过程轧制曲线的方法，其特征在于，具体过程是：步骤一，建立环件双向辗轧过程变形前的环坯截面和变形后的环件截面的几何构型与坐标系；采用Df、hf、bf分别表示已成形环件外径、高度及壁厚；D0、h0、b0分别表示环坯外径、高度及壁厚；在建立的环坯截面和环件截面的几何构型与坐标系下，得到轧制曲线的起点坐标为(b0，h0)，终点坐标为(bf，hf)；步骤二，建立轧制曲线的方程；从步骤一确定的轧制曲线起点(b0，h0)到终点(bf，hf)之间，根据环件双向辗轧的方法，有上凸形轧制曲线、直线形轧制曲线以及下凹形轧制曲线三类；三类轧制曲线的方程如下确定：Ⅰ、对于下凹形轧制曲线，曲线方程由式(3)确定：h=h0-hf(b0-bf)n(b-bf)n+hf---(3)]]>Ⅱ、对于上凸形轧制曲线，曲线方程由式(4)确定：h=-h0-hf(b0-bf)n(-b+b0)n+h0---(4)]]>Ⅲ、对于直线形轧制曲线，曲线方程由式(5)确定：h=h0-hfb0-bf×(b-bf)+hf---(5)]]>步骤三，确定轧制曲线方程中幂指数n的合理取值范围；对于直线形轧制曲线，n＝1；对于上凸形和下凹形轧制曲线，幂指数n的范围由式(13)确定：1<n≤2nrR1βa2S0i(b0-bf)tan(γ/2)πRfvr(h0-hf)---(13)]]>式(13)中，nr为驱动辊转速；R1为驱动辊半径；βa为轴向孔型的摩擦角，所述βa＝arc tan(μ)，其中，μ为锥辊与环件端面接触摩擦系数；S0i为锥辊顶点到锥辊与环件内径接触点处的初始距离；γ为锥辊的锥角；Rf为成形环件的外径，且Rf＝Df/2；vr为芯辊进给速度；步骤四，确定环坯的高度h0、壁厚b0和环件的高度hf、壁厚bf，以及轧制曲线方程的幂指数n；所述确定环坯的高度h0、壁厚b0和环件的高度hf、壁厚bf，以及轧制曲线方程的幂指数n的过程是：获取环件外径Df、环件高度hf、环件壁厚bf和芯辊尺寸Rm，并根据获取的外径Df、环件高度hf、环件壁厚bf和芯辊尺寸Rm，得到毛坯外径D0、毛坯高度h0、毛坯壁厚b0；根据及工艺要求，获取驱动辊转速nr、驱动辊半径R1、锥辊顶点到环件内径接触点处的距离S0i、锥辊的锥角γ和轴向孔型的摩擦角βa；根据式(13)确定幂指数n的取值范围，并在此范围内选取所需要的n值；步骤五，绘制轧制曲线图形；把步骤四得到的环坯的高度h0、壁厚b0、环件的高度hf、壁厚bf、以及轧制曲线方程的幂指数n分别代入公式(3)、(4)、(5)中，则分别得到下凹形、上凸形和直线形轧制曲线方程，采用Matlab即可绘制得到相应轧制曲线方程的图形。...

【技术特征摘要】
1.一种确定环件双向辗轧过程轧制曲线的方法，其特征在于，具体过程是：步骤一，建立环件双向辗轧过程变形前的环坯截面和变形后的环件截面的几何构型与坐标系；采用Df、hf、bf分别表示已成形环件外径、高度及壁厚；D0、h0、b0分别表示环坯外径、高度及壁厚；在建立的环坯截面和环件截面的几何构型与坐标系下，得到轧制曲线的起点坐标为(b0，h0)，终点坐标为(bf，hf)；步骤二，建立轧制曲线的方程；从步骤一确定的轧制曲线起点(b0，h0)到终点(bf，hf)之间，根据环件双向辗轧的方法，有上凸形轧制曲线、直线形轧制曲线以及下凹形轧制曲线三类；三类轧制曲线的方程如下确定：Ⅰ、对于下凹形轧制曲线，曲线方程由式(3)确定：Ⅱ、对于上凸形轧制曲线，曲线方程由式(4)确定：Ⅲ、对于直线形轧制曲线，曲线方程由式(5)确定：公式(3)～(5)中，h为环件在成形过程中不断变化的瞬时高度；b为环件在成形过程中不断变化的瞬时壁厚；步骤三，确定轧制曲线方程中幂指数n的合理取值范围；对于直线形轧制曲线，n＝1；对于上凸形和下凹形轧制曲线，幂指数n的范围由式(13)确定：式(13)中，nr为驱动辊转速；R1为驱动辊半径；βa为轴向孔型的摩擦角，所述βa＝arctan(μ)，其中，μ为锥辊与环件端面接触摩擦系数；S0i为锥辊顶点到锥辊与环件内径接触点处的初始距离；γ为锥辊的锥角；Rf为成形...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭良刚，邸伟佳，杨合，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61