一种有利于超大环辗轧稳定成形的四个抱辊布局的方法技术

一种有利于超大环辗轧稳定成形的四个抱辊布局的方法，只需获取轧辊和环坯的尺寸以及设备提供的抱辊力，就能够确定出有利于成形稳定性的四个抱辊的布局。本发明专利技术确定的四个抱辊的布局，不仅能够有效防止环坯脱离轧辊造成环轧过程失稳，还能够使得整个环坯上所受的弯矩更加均匀地分布，环坯在辗轧过程中的受力更易维持平衡，环轧状态更加稳定，防止环坯在过约束下由于抱辊的布局不合理而导致过度畸变，突破了由于抱辊布局不合理导致环坯在过约束条件下发生失稳的技术瓶颈，为四抱辊超大环双向辗轧装备的研制提供技术支撑。本发明专利技术提高超大环轧制的成功率，缩短生产周期，具有方便、准确、高效的优点。

A method for layout of four holding rollers for super large ring rolling and stable forming

A method for the layout of four rollers for the stable forming of the super large ring rolling is made. Only the size of the roll and the ring billet and the roll force provided by the equipment can be used to determine the layout of the four rollers, which are beneficial to the stability of the forming. The layout of the four rollers determined by the invention not only can effectively prevent the ring billet from rolling out of the rolling process, but also can make the bending moment more evenly distributed on the whole ring, and the force of the ring is more easily maintained in the rolling process, and the ring rolling state is more stable. The improper layout of the roll leads to excessive distortion, which breaks through the technical bottleneck of the unstability of the ring which causes the ring blank to occur under the condition of excessive constraint, which provides technical support for the development of the four roll ring rolling equipment. The invention improves the success rate of the super large ring rolling and shortens the production cycle, and has the advantages of convenience, accuracy and high efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种有利于超大环辗轧稳定成形的四个抱辊布局的方法
本专利技术涉及环件轧制成形加工领域，是一种有利于超大环辗轧稳定成形的四个抱辊布局的方法。
技术介绍
高性能超大环广泛应用于航天、核电、风电等领域，特别是铝合金超大环作为航天重型运载火箭燃料贮箱的基础构件，在我国空间站建设、登月工程和火星探测工程方面具有重大战略需求(郭良刚,王凤琪,梁磊,等.高性能环件辗轧成形智能仿真优化新思路与研究进展[J].精密成形工程,2017,9(4):1-11.)。所述的超大环是指直径的环件。然而，超大环双向辗轧由于环坯超大超重，惯性极大，导致环坯极易脱离轧辊，发生失稳现象，因此对于超大环轧制，国际上已采用新型四个抱辊环轧设备。这是由于当使用四个抱辊时，相对于经典两个抱辊，在环坯的径向长大方向增加了约束，大大降低了环坯脱离轧辊的风险，从而显著提高超大环双向辗轧成形过程的稳定性。然而，对于四个抱辊超大环双向辗轧过程，虽然增加约束避免了环坯脱离轧辊发生失稳的可能性，但若四个抱辊的布局不合理，极有可能会导致环坯在轧制过程中被压扁，产生过度畸变，造成过约束下的失稳。因此，如何设计四个抱辊的布局才能够使得环坯的受力状态更加均匀，更易维持平衡，避免由于抱辊布局不合理导致环坯在过约束条件下发生失稳，是四个抱辊环轧成形稳定性控制与设备研发所面临的技术瓶颈之一。西北工业大学在申请号为201810037638.0的专利技术创造中提出了一种确定四抱辊超大型环件双向辗轧稳定成形判据的方法，使用该判据，在给定抱辊布局、抱辊力和环坯尺寸的条件下，能够对四抱辊超大型环件双向辗轧过程是否处于稳定状态做出判断，结合判断结果对环轧工艺做出实时调整，及时避免环轧过程发生失稳。本专利技术基于四抱辊超大型环件双向辗轧稳定成形判据，提出一种有利于超大环辗轧稳定成形的四个抱辊布局的方法，为成形稳定性控制及超大环双向辗轧设备的研制提供重要依据与方法。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的由于抱辊布局不合理导致环坯在过约束条件下发生失稳的不足，本专利技术提出了一种有利于超大环辗轧稳定成形的四个抱辊布局的方法。本专利技术的具体过程是：步骤一，确定四个抱辊的初始位置角：所述的四个抱辊分别是第一抱辊、第二抱辊、第三抱辊和第四个抱辊。其中，所述的第一抱辊和第二抱辊均位于该超大环靠近驱动辊一侧，所述的第三抱辊和第四个抱辊均位于该超大环靠近锥辊一侧，且C点为第一抱辊外圆周表面与环坯外圆周表面的接触位置；C1点为第二抱辊外圆周表面与环坯外圆周表面的接触位置；D点为第三抱辊外圆周表面与环坯外圆周表面的接触位置；D1点为第四个抱辊外圆周表面与环坯外圆周表面的接触位置。所述四个抱辊分别与环坯的径向变形区A坯之间形成位置角：COrA坯形成的夹角为第一抱辊初始位置角α1；C1OrA坯形成的夹角为第二抱辊初始位置角β1；DOrA坯形成的夹角为第三抱辊初始位置角α2；D1OrA坯形成的夹角为第四抱辊初始位置角β2。由于第一抱辊与第二抱辊关于坐标系x轴对称，第三抱辊与第四抱辊亦关于坐标系x轴对称，故β1＝α1，β2＝α2。在所述环坯任一横截面与环心Or之间做连线P；POrA坯形成的夹角为横截面位置角四个抱辊的布局取决于各位置角的具体值，通过对确定的各初始位置角的优化从而得到四个抱辊的最终布局。步骤二，提出确定四个抱辊布局的值的依据：通过确定的四抱辊超大型环件双向辗轧稳定成形判据S得到四个抱辊布局的值的依据。当时，稳定成形判据S的值最小，得到有利于成形稳定性的四个抱辊初始位置角为([α1]OPT,[α2]OPT,[β1]OPT,[β2]OPT)。在提出确定四个抱辊布局的值的依据中，根据如下步骤得到：首先将给定的双侧抱辊力比例系数k代入到弯矩影响函数绝对值表达式中得到该为给定双侧抱辊力比例系数k下的弯矩影响函数绝对值；其次将所述第一抱辊初始位置角α1取值范围内的各数值分别与第三抱辊初始位置角α2的取值范围内的各数值组合，求解所有组合下的最后从得到的所有中找到最小值，记为步骤三，确定四个抱辊初始位置角的取值范围：根据临界几何条件确定四个抱辊初始位置角的取值范围。所确定的第一抱辊初始位置角α1的取值范围为[α1min,α1max]，第三抱辊初始位置角α2的取值范围为[α2min,α2max]，第二抱辊初始位置角β1的取值范围为[β1min,β1max]，第四抱辊初始位置角β2的取值范围为[β2min,β2max]。所述的临界几何条件为：以第一抱辊与驱动辊之间和环坯之间均不发生干涉确定第一抱辊初始位置角α1的最小值α1min；以第三抱辊与锥辊之间和环坯之间均不发生干涉确定第三抱辊初始位置角α2的最大值为α2max；以第一抱辊与第三抱辊之间和环坯之间均不发生干涉确定第一抱辊初始位置角α1的最大值α1max；以第三抱辊与第一抱辊之间和环坯之间均不发生干涉确定第三抱辊初始位置角α2的最小值α2min。所述确定四个抱辊位置角取值范围的具体过程是：Ι第一抱辊与驱动辊之间和环坯之间均不发生干涉当第一抱辊外圆周面与驱动辊1外圆周面和环坯的外圆周面同时相切接触时，所形成的第一抱辊位置角的值为α1min，该α1min为第一抱辊位置角的取值下限。由于第一抱辊与第二抱辊关于坐标系x轴对称，故β1＝α1，β1min＝α1min。Ⅱ第三抱辊与锥辊之间和环坯之间均不发生干涉当第三抱辊的外圆周面与锥辊3外表面和环坯的外圆周面同时相切接触时，所形成的第三抱辊的位置角的值为α2max，该α2max为第三抱辊位置角的取值上限。由于第三抱辊与第四个抱辊关于坐标系x轴对称，所以β2＝α2，β2max＝α2max。Ⅲ第一抱辊与第三抱辊之间以及该第一抱辊和第三抱辊分别与环坯之间均不发生干涉。当第一抱辊的外圆周面与第三抱辊的外圆周面和环坯的外圆周面三者同时相切接触，且第一抱辊与第三抱辊关于直线l对称时，所形成的第一抱辊的位置角的值为α1max，该α1max为第一抱辊位置角的取值上限。所述的直线l是过环心作平行于z轴的直线。由于第一抱辊与第二抱辊关于坐标系x轴对称，所以β1＝α1，β1max＝α1max。Ⅳ第三抱辊与第翼抱辊之间以及该第三抱辊和第一抱辊分别与环坯之间均不发生干涉。当第一抱辊的外圆周面与第三抱辊的外圆周面和环坯的外圆周面三者同时相切接触，且第一抱辊与第三抱辊关于直线l对称时，所形成的第三抱辊位置角的值为α2min，该α2min为第三抱辊的位置角的取值下限。所述的直线l是过环心作平行于z轴的直线。由于第三抱辊与第四个抱辊关于坐标系x轴对称，所以β2＝α2，β2min＝α2min。步骤四，确定有利于成形稳定性的四个抱辊的初始位置角的值：所述确定有利于成形稳定性的四个抱辊的初始位置角的值([α1]OPT,[α2]OPT,[β1]OPT,[β2]OPT)的具体步骤如下：Ⅰ通过给定的双侧抱辊力比例系数k，得到Ⅱ等分第一抱辊初始位置角α1的取值范围[α1min,α1max]，得到一系列等分值α1,i；同时，等分第三抱辊初始位置角α2的取值范围[α2min,α2max]，得到一系列等分值α2,j以u为等分第一抱辊初始位置角α1取值范围的增量，等分第一抱辊初始位置角α1的取值范围[α1min,α1max]，得到α1,i。以得到的α1,i作为第一抱辊的各个位置角度，其表达式为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有利于超大环辗轧稳定成形的四个抱辊布局的方法，其特征在于，具体过程是：步骤一，确定四个抱辊的初始位置角：所述的四个抱辊分别是第一抱辊、第二抱辊、第三抱辊和第四个抱辊；其中，所述的第一抱辊和第二抱辊均位于该超大环靠近驱动辊一侧，所述的第三抱辊和第四个抱辊均位于该超大环靠近锥辊一侧，且C点为第一抱辊外圆周表面与环坯外圆周表面的接触位置；C1点为第二抱辊外圆周表面与环坯外圆周表面的接触位置；D点为第三抱辊外圆周表面与环坯外圆周表面的接触位置；D1点为第四个抱辊外圆周表面与环坯外圆周表面的接触位置；所述四个抱辊分别与环坯的径向变形区A坯之间形成位置角：COrA坯形成的夹角为第一抱辊初始位置角α1；C1OrA坯形成的夹角为第二抱辊初始位置角β1；DOrA坯形成的夹角为第三抱辊初始位置角α2；D1OrA坯形成的夹角为第四抱辊初始位置角β2；由于第一抱辊与第二抱辊关于坐标系x轴对称，第三抱辊与第四抱辊亦关于坐标系x轴对称，故β1＝α1，β2＝α2；在所述环坯任一横截面与环心Or之间做连线P；POrA坯形成的夹角为横截面位置角

【技术特征摘要】
1.一种有利于超大环辗轧稳定成形的四个抱辊布局的方法，其特征在于，具体过程是：步骤一，确定四个抱辊的初始位置角：所述的四个抱辊分别是第一抱辊、第二抱辊、第三抱辊和第四个抱辊；其中，所述的第一抱辊和第二抱辊均位于该超大环靠近驱动辊一侧，所述的第三抱辊和第四个抱辊均位于该超大环靠近锥辊一侧，且C点为第一抱辊外圆周表面与环坯外圆周表面的接触位置；C1点为第二抱辊外圆周表面与环坯外圆周表面的接触位置；D点为第三抱辊外圆周表面与环坯外圆周表面的接触位置；D1点为第四个抱辊外圆周表面与环坯外圆周表面的接触位置；所述四个抱辊分别与环坯的径向变形区A坯之间形成位置角：COrA坯形成的夹角为第一抱辊初始位置角α1；C1OrA坯形成的夹角为第二抱辊初始位置角β1；DOrA坯形成的夹角为第三抱辊初始位置角α2；D1OrA坯形成的夹角为第四抱辊初始位置角β2；由于第一抱辊与第二抱辊关于坐标系x轴对称，第三抱辊与第四抱辊亦关于坐标系x轴对称，故β1＝α1，β2＝α2；在所述环坯任一横截面与环心Or之间做连线P；POrA坯形成的夹角为横截面位置角四个抱辊的布局取决于各位置角的具体值，通过对确定的各初始位置角的优化从而得到四个抱辊的最终布局；步骤二，提出确定四个抱辊布局的值的依据：通过确定的四抱辊超大型环件双向辗轧稳定成形判据S得到四个抱辊布局的值的依据；当时，稳定成形判据S的值最小，得到有利于成形稳定性的四个抱辊初始位置角为([α1]OPT,[α2]OPT,[β1]OPT,[β2]OPT)；步骤三，确定四个抱辊初始位置角的取值范围：根据临界几何条件确定四个抱辊初始位置角的取值范围；所确定的第一抱辊初始位置角α1的取值范围为[α1min,α1max]，第三抱辊初始位置角α2的取值范围为[α2min,α2max]，第二抱辊初始位置角β1的取值范围为[β1min,β1max]，第四抱辊初始位置角β2的取值范围为[β2min,β2max]；步骤四，确定有利于成形稳定性的四个抱辊的初始位置角的值：所述确定有利于成形稳定性的四个抱辊的初始位置角的值([α1]OPT,[α2]OPT,[β1]OPT,[β2]OPT)的具体步骤如下：Ⅰ通过给定的双侧抱辊力比例系数k，得到Ⅱ等分第一抱辊初始位置角α1的取值范围[α1min,α1max]，得到一系列等分值α1,i；同时，等分第三抱辊初始位置角α2的取值范围[α2min,α2max]，得到一系列等分值α2,j以u为等分第一抱辊初始位置角α1取值范围的增量，等分第一抱辊初始位置角α1的取值范围[α1min,α1max]，得到α1,i；以得到的α1,i作为第一抱辊的各个位置角度，其表达式为：α1，i＝α1,min+(i-1)ui＝1,2,3,…,s(8)i为等分第一抱辊初始位置角α1取值范围[α1min,α1max]后得到的一系列α1等分值的序号，s为α1,i的总数，其表达式为以v为等分第三抱辊初始位置角α2取值范围的增量，等分第三抱辊初始位置角α2的取值范围[α2min,α2max]，得到α2,j；以得到的α2,j作为第三抱辊的各个位置角度，其表达式为α2，j＝α2,min+(j-1)vj＝1,2,3,…,t(10)j为等分第三抱辊初始位置角α2取值范围后得到的一系列α2等分值的序号，t为α2,j的总数，其表达式为Ⅲ依次求解α1＝α1,i且α2＝α2,j时的在的最大值当第一抱辊初始位置角α1＝α1,i，第三抱辊初始位置角α2＝α2,j时，将α1,i、α2,j代入到中，得到在上取得的最大值记为所述的为给定双侧抱辊力比...

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