用于钛合金环件双向轧制的两段式台阶型轧制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于钛合金环件双向轧制的两段式台阶型轧制方法，将径、轴向轧制分割为以下阶段：阶段一，芯辊做径向进给运动，环件高度增大，锥辊随环件上抬；阶段二，锥辊做轴向进给运动，环件壁厚增大，芯辊随环件壁厚增大而后退；阶段三，芯辊继续做径向进给运动，环件高度增大，锥辊随环件上抬；阶段四，锥辊继续做轴向进给运动，环件壁厚增大，芯辊随壁厚增大而后退；阶段五，芯辊继续做径向进给运动，锥辊随环件高度增大而上抬；阶段六，径向、轴向同时进给直至达到最终环件尺寸。台阶型的轧制过程，很好的避免了径、轴向同时进给带来的角部大变形以及大温降，从而提高了组织均匀性。

【技术实现步骤摘要】
用于钛合金环件双向轧制的两段式台阶型轧制方法
本专利技术涉及环件轧制成型加工领域，特别是涉及一种用于钛合金环件双向轧制的两段式台阶型轧制方法。
技术介绍
环件轧制又称环件辗扩或扩孔，是借助环件轧制设备使环件产生壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的加工工艺，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。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，具有很大的局限性，也未考虑环件的热力参数及组织的均匀性。Boucly等人曾提到轧制曲线的设计原则(BouclyP,OudinJ,RavalardY.Simulationofringrollingwithnewwax-basedmodelmaterialsonaflexibleexperimentalmachine[J].JournalofMechanicalWorkingTechnology,1988,16:119-143.)，但对有关轧制曲线对双向轧制过程的影响并未做系统研究。营海燕等通过修正WAGNER轧制曲线研究了环件双向辗轧工艺(营海燕,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。刘东等通过实验结合有限元软件研究了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，但并未公布轧制曲线确定的具体方法和步骤。郭良刚等在此基础上针对TC4合金，提出了一种环件双向辗轧过程轧制曲线的通用设计方法，并建立了相应的轧制曲线方程(郭良刚，邸伟佳，杨合等.难变形材料环件双向辗轧过程轧制曲的设计方法[J].机械工程学报.2014,8,50(16):83-88)，但并未考虑角部大温降对环件组织均匀性造成的影响，使得该方法具有一定的局限性。常规的轧制过程中，径、轴向同时进给，角部变形剧烈，而环件全过程与锥辊和主芯辊接触，与模具的接触换热远远大于变形的生热，温降严重。尤其对于钛合金这种难变形的合金，在轧制过程中角部易出现局部大温降，而影响环件的组织均匀性。因此，如何避免角部大变形及温降，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中轧制方法导致角部大变形、温降过快及环件组织不均匀的问题，提出用于钛合金环件双向轧制的两段式台阶型轧制方法，提高钛合金环件成品的组织均匀性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种用于钛合金环件双向轧制的两段式台阶型轧制方法，将径、轴向轧制分割为以下阶段：阶段一，芯辊做径向进给运动，环件高度增大，锥辊随环件上抬；阶段二，所述锥辊做轴向进给运动，环件壁厚增大，所述芯辊随环件后退；阶段三，所述芯辊继续做径向进给运动，环件高度增大，所述锥辊随环件上抬；阶段四，所述锥辊继续做轴向进给运动，环件壁厚增大，所述芯辊随壁厚增大而后退；阶段五，所述芯辊继续做径向进给运动，所述锥辊随环件高度增大而上抬；阶段六，径向、轴向同时进给直至达到最终环件尺寸。本专利技术还提出了用于钛合金环件双向轧制的两段式台阶型轧制方法的轧制曲线，该轧制曲线的确定方法包括如下步骤：步骤一：计算钛合金环件心部与角部的温差ΔT，ΔT由式(1)确定：式(1)中，ρ为材料密度，C为轧制温度下的材料比热，表示平均等效应变速率，表示相对应的平均等效应力，V为环件角部温降过快的区域体积，η为热功转化系数，表示机械能转换热能的比例，其中V均通过有限元模拟结果得到；步骤二：将钛合金环件心部与角部的温差ΔT与临界温度TC比较，判断是否满足使用台阶型轧制曲线的条件，当钛合金环件心部与角部的温差ΔT与临界温度TC满足下列条件时，使用台阶型轧制曲线：ΔT≥TC(2)式(2)中，TC为临界温度值，其取值范围为10～20℃，在此范围内根据合金的牌号选取具体的TC值；步骤三：建立台阶型轧制曲线坐标系；建立径向进给量为x和轴向进给量为y的坐标系，根据初始钛合金环坯与最终成型钛合金环件的尺寸，得到径、轴向的变形量，采用Δt和Δh分别表示径、轴向的变形量，在坐标系中，得到轧制曲线的起点A坐标为(Δt,Δh)，终点O坐标为(0,0)，各种轧制过程的轧制曲线用幂函数y＝mxn表示，m与径轴向的变形量有关，而n则通常取为0.8～1.2之间，具体数值则根据环件类型而定，OA表示的轧制曲线为：步骤四：计算台阶型轧制曲线各节点坐标；OB与OD则分别表示了台阶型轧制曲线的上下极限，可分别表示为：式(4)、(5)中，k1、k2分别表示当径向、轴向进给到角部温降达到TC时则开始更换进给方向的极限进给，k1、k2与TC的关系表达式如下：k1＝0.000365TC2-0.000202TC+0.037(6)k2＝0.00743TC2+0.01296TC+0.02015(7)在1/3Δt处选取特征点C，即C点的坐标为(2/3Δt,(2/3)nΔh)；B点的坐标通过宽展公式来确定，即在角部温降达到TC时径向的最大进给量所产生的宽展变形，采用的是采利柯夫宽展公式：c＝1.34(h/l-0.15)·e0.15-h/l+0.5(9)式(8)、(9)中，R为主辊半径，Δt1为径向进给量，f为环件与轧辊之间的摩擦系数，h为环件高度，l为环件与轧辊的接触弧长，为Δt1下的等效应变可用Δt1/Δt表示；在临界条件下，Tc＝ΔT，此时，Δt1可由临界温度TC得到：B点坐标为(Δt-Δt1,Δh+Δh1)，线BC段的方程为：联立式(5)、(11)可以得到D点的坐标，为(Δt2,Δh2)；由于线ED与线AB平行，则两线的斜率相同，均为可以由此得到ED的方程为：联立式(3)、(12)，得到E点的坐标(Δt3,Δh3)；步骤五：绘制轧制曲线图形；用步骤四得到的O、A、B、C、D、E点的方法，继续确定F、G、H、I点的坐标，即可确定、绘制用于钛合金环件双向轧制的两段式台阶型轧制方法的轧制曲线。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：两段式台阶型的轧制过程，其实将径、轴向轧制分割为六个阶段，其中的两段式是基于在整个轧制过程中芯辊退后的次数而定，两段式即表示芯辊后退了两次，这种两段式台阶型轧制方法，很好的避免了径、轴向同时进给带来的角部大变形以及大温降，从而提高了组织均匀性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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为本专利技术轧制方法的轧制曲线的示意图；图2为本专利技术轧制方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钛合金环件双向轧制的两段式台阶型轧制方法，其特征在于，将径、轴向轧制分割为以下阶段：阶段一，芯辊做径向进给运动，环件高度增大，锥辊随环件上抬；阶段二，所述锥辊做轴向进给运动，环件壁厚增大，所述芯辊随环件后退；阶段三，所述芯辊继续做径向进给运动，环件高度增大，所述锥辊随环件上抬；阶段四，所述锥辊继续做轴向进给运动，环件壁厚增大，所述芯辊随壁厚增大而后退；阶段五，所述芯辊继续做径向进给运动，所述锥辊随环件高度增大而上抬；阶段六，径向、轴向同时进给直至达到最终环件尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种用于钛合金环件双向轧制的两段式台阶型轧制方法，其特征在于，将径、轴向轧制分割为以下阶段：阶段一，芯辊做径向进给运动，环件高度增大，锥辊随环件上抬；阶段二，所述锥辊做轴向进给运动，环件壁厚增大，所述芯辊随环件后退；阶段三，所述芯辊继续做径向进给运动，环件高度增大，所述锥辊随环件上抬；阶段四，所述锥辊继续做轴向进给运动，环件壁厚增大，所述芯辊随壁厚增大而后退；阶段五，所述芯辊继续做径向进给运动，所述锥辊随环件高度增大而上抬；阶段六，径向、轴向同时进给直至达到最终环件尺寸。2.如权利要求1所述的用于钛合金环件双向轧制的两段式台阶型轧制方法，其特征在于，确定用于钛合金环件双向轧制两段式台阶型轧制方法的轧制曲线的过程，包括如下步骤：步骤一：计算钛合金环件心部与角部的温差ΔT，ΔT由式(1)确定：式(1)中，ρ为材料密度，C为轧制温度下的材料比热，表示平均等效应变速率，表示相对应的平均等效应力，V为环件角部温降过快的区域体积，η为热功转化系数，表示机械能转换热能的比例，其中V均通过有限元模拟结果得到；步骤二：将钛合金环件心部与角部的温差ΔT与临界温度TC比较，判断是否满足使用台阶型轧制曲线的条件，当钛合金环件心部与角部的温差ΔT与临界温度TC满足下列条件时，使用台阶型轧制曲线：ΔT≥TC(2)式(2)中，TC为临界温度值，其取值范围为10～20℃，在此范围内根据合金的牌号选取具体的TC值；步骤三：建立台阶型轧制曲线坐标系；建立径向进给量为x和轴向进给量为y的坐标系，根据初始钛合金环坯与最终成型钛合金环件的尺寸，得到径、轴向的变形量，采用Δt和Δh分别表示径、轴向的变形量，在坐标系中，得到轧制曲线的起点A坐标为(Δt,Δh)，终点O坐标为(0,0)，各种轧制过程的轧制曲线用幂函数y＝mxn表示，m与径、轴向的变形量有关，而n则通常取为0.8～1.2之间，具体数值则根据环件类型而定，OA表示的轧制曲线为：步骤四：计算台阶型轧制曲线各节点坐标；OB与OD则分别表示了台阶型轧制曲线的上下极限，可分别表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，胡阳，杨艳慧，朱兴林，饶浩东，王建国，王海，郑勇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61