一种复杂齿轮坯环件低耗高性能近净冷轧制成形方法技术

本发明专利技术涉及一种内外表面皆为异形的复杂齿轮坯环件冷轧制成形的方法。其特征在与它包括如下步骤：(1)环坯设计：根据锻件的几何形状特点和轧制变形金属流动规律，基于稳定接触条件和等体积分配原则，确定环坯的形状和尺寸。(2)轧辊孔型设计：根据锻件外表面几何尺寸匹配设计驱动辊孔型尺寸，根据锻件内表面几何尺寸匹配设计芯辊孔型尺寸，根据环坯尺寸、冷轧变形条件和设备参数综合设计驱动辊和芯辊工作面径向尺寸；(3)冷轧成形过程规划，合理控制各阶段变形量和轧制速度。该方法采用连续局部塑性变形可显著降低成形力能，改善材料内部组织，提高产品力学性能。通过合理设计冷轧成形工艺，可以获得高的产品成形精度，避免碟形、充不满、毛刺、凹坑等成形缺陷。

A low consumption and high performance near net cold rolling method for complex gear blank and ring

【技术实现步骤摘要】
一种复杂齿轮坯环件低耗高性能近净冷轧制成形方法
本专利技术属于塑性加工
，具体涉及一种复杂齿轮坯环件低耗高性能近净冷轧成形的方法。
技术介绍
齿轮坯环件通常为外表面中间带截面突变程度大的锥形凸台、内表面有内台阶的异形截面环件。目前采用的生产工艺流程为：棒料下料-加热-自由锻锤制坯-模锻锤终锻成形-正火-切边压力机切边、冲孔。其中模锻工艺在加工过程中产生很大的飞边，需要在后面加上切除飞边的工艺，增加了工时，耗费人力、物力，造成金属材料的浪费，材料的利用率降低，成本提高；且模锻过程是对环件的整体成形，选用的设备吨位较大，尤其是齿轮坯整体锻造成形力能大、能耗高。环件是一种先进的局部塑形变形工艺，毛坯在由驱动辊与芯辊所构成的孔型中发生局部塑性变形而产生整体的壁厚减小，直径扩大，截面轮廓成形。由于是局部塑形变形，所以环件轧制选用的设备吨位较整体模锻显著减小设备能耗低。且通过塑性变形强化，可有效改善材料内部组织，提高产品力学性能但由于该类齿轮坯外形复杂，造成近净冷轧工艺难度大，若工艺参数设计不当，易出现碟形、充不满、毛刺、凹坑等成形缺陷。...

【技术保护点】
1.一种复杂齿轮坯环件低耗高性能近净冷轧制成形方法，其特征在于包括如下步骤：/n1)、环坯设计/n先根据环坯与轧辊的接触方式及金属的流动规律，确定环坯形状；再根据环坯与环件的轴向体积分配原则，初选环坯尺寸；最后根据环坯与环件体积相等原则，确定环坯最终尺寸；/n2)、轧辊孔型设计/n根据锻件的形状和尺寸，再结合轧环机的结构要求，设计驱动辊和芯辊的孔型和尺寸；驱动辊设计成带上下端面的封闭孔型，孔型与锻件的外表面对应；芯辊设计成带上下端面的封闭孔型，孔型与锻件的内表面对应；/n3)冷轧成形过程规划/n根据轧制过程中的环件与轧辊接触和自身变形状态，将轧制过程分为五个阶段：接触稳定阶段、孔型填充阶段、环...

【技术特征摘要】
1.一种复杂齿轮坯环件低耗高性能近净冷轧制成形方法，其特征在于包括如下步骤：
1)、环坯设计
先根据环坯与轧辊的接触方式及金属的流动规律，确定环坯形状；再根据环坯与环件的轴向体积分配原则，初选环坯尺寸；最后根据环坯与环件体积相等原则，确定环坯最终尺寸；
2)、轧辊孔型设计
根据锻件的形状和尺寸，再结合轧环机的结构要求，设计驱动辊和芯辊的孔型和尺寸；驱动辊设计成带上下端面的封闭孔型，孔型与锻件的外表面对应；芯辊设计成带上下端面的封闭孔型，孔型与锻件的内表面对应；
3)冷轧成形过程规划
根据轧制过程中的环件与轧辊接触和自身变形状态，将轧制过程分为五个阶段：接触稳定阶段、孔型填充阶段、环件直径扩大阶段、定径阶段、整圆阶段，每一阶段变形量和变形速度需协调匹配，保证平稳精确轧制成形；再结合轧环机的设备参数，确定驱动辊的转速和芯辊的进给速度。


2.根据权利要求1所述的一种复杂齿轮坯环件低耗高性能近净冷轧制成形方法，其特征在于，步骤1)的环坯设计中，环件毛坯形状与尺寸确定过程如下：
(1)确定环坯形状
锻件为外表面中间带截面突变程度大的锥形凸台、内表面有内台阶的异形截面环件；将驱动辊的型腔形状设计成与锻件的外表面一致，芯辊的型腔形状设计成与锻件的内表面一致；为了保证在轧制开始时的稳定接触及制坯的方便性，环坯与驱动辊的型腔为三点接触，环坯与芯辊的型腔为上端面的线接触和凸台处的一点接触，将环坯外表面设计成上下带锥度的凸台截面，内表面设计成直壁和带有锥度的孔型；
(2)初选环坯尺寸
a)选择当量轧比
为了使锻件具备相应的冷轧性能，应保证轧制过程中的变形量，以环件小孔内径d1与环坯小孔内径d01之比为当量轧比K，即通常取当量轧比K＝1.3～2；
b)设计环坯内表面尺寸
首先根据锻件总高度H确定环坯内表面锥面高度H04＝H-a-b-H05,其中a为环坯上端面与芯辊端面间隙，b为环坯下端面与芯辊端面的间隙，H05为冲孔连皮的厚度，H05通常取5～8mm；H为锻件总高度；H04为毛坯内表面锥面高度；
根据当量轧比可确定毛坯锥形孔最小直径其中d1为环件小孔内径,K为当量轧比；
根据毛坯内表面与芯辊的点接触要求，确定毛坯锥形孔最大直径其中d1、d3为锻件大孔、小孔内径，H5、H6为锻件大孔、小孔高度；H05为冲孔连皮的厚度，H05通常取5～8mm；H为锻件总高度；a为环坯上端面与芯辊端面间隙，b为环坯下端面与芯辊端面的间隙；
c)设计环坯外表面尺寸
由环坯的上锥面与驱动辊为两点接触，及环坯与锻件在H01高度上体积相等，确定环坯的最大外径D01、环坯的上锥面外径D02；由环坯的下锥面与驱动辊为一点接触，及环坯与锻件在H02高度上体积相等，确定环坯的下锥面外径D03；
根据环坯的上锥面高度H01处环坯体积V01与锻件高度H11处体积V1相等，即V01＝V1；联立方程组，可求出环坯上锥面直径



其中，H01为环坯的上锥面高度，H05为冲孔连皮的厚度，通常取5～8mm；d01为环坯小孔内径；d04为环坯在H06处的内径，d1为环件小孔内径,D1为锻件上端面外径，D2为锻件在H1高度处外径，D6为锻件在H11高度处外径，H1为锻件上台阶的高度，H11为环坯上锥面的高度；a为环坯上端面与芯辊端面间隙；D01为环坯的上锥面外径，D02为环坯的最大外径；



根据环坯在下锥面在高度H06处体积V02与锻件高度H4处体积V2相等，即V2＝V02，联立方程组，求出环坯的下锥面外径D03；



其中，D03为环坯的下锥面外径，D04为下锥面在高度H06处的外径，D04＝D01+D4-D2-2tanα(H01+a-H1)；γ为环坯的下锥角，H4为锻件下台阶的高度，D3为锻件的最大外径，D4为锻件在H4高度处外径，D5为锻件下端面的外径，D01为环坯的上锥面外径，H02为环坯下锥面轴向高度，H06为与锻件H4相同高度处；b为环坯下端面与芯辊端面的间隙；d02为环坯锥形孔大径；d03为环坯锥形孔在H06高度处直径；d3为锻件的最大内径；
(3)修正环坯尺寸
根据环坯与环件的轴向体积分配原则，初选环坯的外径尺寸D01、D02、D03，最后根据环坯与环件体积相等原则，确定环坯最终尺寸
根据环坯总体积V总与锻件总体积V相等，即V总＝V，联立方程组，可计算出k值，k为环坯的外径修正值；



其中：D01为环坯的最大外径，D02为环坯的上锥面外径，D03为环坯的下锥面外径；H01为环坯的上锥面高度，H02为环坯的下锥面高度，H03为环坯凸台高度，H04为环坯内表...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛华杰，刘也，邓加东，钱东升，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42