一种确定锥形环件轧制中轴向直径长大速度差的方法技术

本发明专利技术提供一种确定锥形环件轧制中轴向直径长大速度差的方法，环件轧制成形加工技术领域，具体步骤如下：S1：确定锥形环件轴向不同位置处的瞬时直径；S2：将锥形环件沿轴向划分为若干微元环，以此来确定距锥形环件大端轴向距离为h位置处的微元环的体积；S3：确定锥形环件轴向不同位置处的外径长大速度；S4：确定锥形环件轧制轴向最大直径长大速度差，本发明专利技术用于指导锥形环件轧制中锻件图设计、坯料设计及轧制工艺参数设计，从而避免环件翘曲、大小端直径不能同步达到目标尺寸、椭圆等成形缺陷，为锥形环件轧制过程工艺条件的设计、优化及稳健控制提供理论和技术基础。健控制提供理论和技术基础。健控制提供理论和技术基础。

【技术实现步骤摘要】
一种确定锥形环件轧制中轴向直径长大速度差的方法


[0001]本专利技术涉及环件轧制成形加工
，尤其是一种确定锥形环件轧制中轴向直径长大速度差的方法。

技术介绍

[0002]锥形环件是航空发动机、燃气轮机机匣用关键基础构件，其需求日益迫切而且广泛，然而，由于锥形环件沿轴向一端大、一端小的非对称结构，使得锥形环件沿轴向不同位置的直径及材料体积分布存在较大差异，这就导致在轧制过程中沿轴向方向的锥形环件直径长大速度存在差异而长大不同步，因此在实际生产中，锥形环件的轧制则会因轴向不同位置的直径长大速度的差异而导致成形稳定性差、环件翘曲、大小端直径不能同步达到目标尺寸、椭圆等诸多成形缺陷；
[0003]因此，锥形环件轧制过程中轴向直径长大速度差的定量确定，对于锥形环件轧制工艺条件的合理设计与优化、保证锥形环件轧制过程的稳定性及成形精度具有重要意义；
[0004]郭良刚等针对矩形截面环件径向轧制给出了直径长大速度的计算方法，据此提出了环件直径长大速度(环增速)驱动的芯辊进给速度确定方法(郭良刚，李学潮，确定环件径向轧制中由环增速驱动的芯辊进给速度的方法，CN111283124A[P].2020)；但是，由于矩形截面环件轴向不同位置的直径和体积分布是相同的，因而轧制过程中轴向不同位置的直径长大速度也是相同的，因此，矩形截面环件轧制的直径长大速度计算方法并不适用于锥形环件的轧制，鉴于此，本专利技术提出一种确定锥形环件轧制中轴向直径长大速度差的方法，用于指导锥形环件轧制中锻件图设计、坯料设计及轧制工艺参数设计等，为锥形环件轧制过程工艺条件的设计、优化及稳健控制提供理论和技术基础。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术中对锥形环件轧制过程中轴向直径长大速度差异认识不足、缺乏理论预测模型的问题，本专利技术提出了一种确定锥形环件轧制中轴向直径长大速度差的方法，用于指导锥形环件轧制中锻件图设计、坯料设计及轧制工艺参数设计，从而避免环件翘曲、大小端直径不能同步达到目标尺寸、椭圆等成形缺陷，为锥形环件轧制过程工艺条件的设计、优化及稳健控制提供理论和技术基础。
[0006]本专利技术提供了如下的技术方案：
[0007]一种确定锥形环件轧制中轴向直径长大速度差的方法，包括如下步骤：
[0008]S1：根据锥形环件的几何特征以及轧制过程中体积不变原则，确定锥形环件轴向不同位置处的瞬时直径；
[0009]S2：将锥形环件沿轴向划分为若干微元环，以此来确定距锥形环件大端轴向距离为h位置处的微元环的体积；
[0010]S3：所述锥形环件轴向不同位置处直径长大速度，为锥形环件轴向不同位置处的外径长大速度，根据S1中锥形环件轴向不同位置处的瞬时直径计算公式以及S2中微元环的
体积计算公式以及锥形环件瞬时壁厚与芯辊进给速度间的关系，来推导出轧制过程中锥形环件轴向不同位置处的外径长大速度；
[0011]S4：所述锥形环件轴向最大直径长大速度差，为锥形环件轴向最大直径长大速度与最小直径长大速度之差，依据S3中显示的锥形环件外径长大速度沿轴向不同位置的分布特征，总结得出：在锥形环件轴向上，锥形环件的大端外径长大速度与其小端外径长大速度的差值在绝对值上是最大的，并且由此得到确定锥形环件轧制过程中轴向最大直径长大速度差的计算公式，至此，则完成锥形环件轧制轴向最大直径长大速度差的确定。
[0012]优选的，在步骤S1确定锥形环件轧制过程中轴向不同位置处的瞬时直径过程中，锥形环件内外表面均带有斜度，其中内表面斜度为α1，外表面斜度为α2，以锥形环件的大端为基准，将锥形环件大端的瞬时内径和瞬时外径分别记为d
b
和D
b
；将与锥形环件大端轴向距离为h位置处的瞬时内径和瞬时外径分别记为d
h
和D
h
，可以得到d
h
和D
h
表达式为：
[0013][0014]式(1)中，内表面斜度α1为锥形环件纵截面内轮廓的斜线段与锥形环件轴线所成的角度，外表面斜度α2为锥形环件纵截面外轮廓的斜线段与锥形环件轴线所成的角度；
[0015]且d
b
和D
b
可以根据轧制过程中整个锥形环件体积不变原则计算得到：
[0016][0017]式(2)中，d
b0
是锥形环件轧制用坯料大端的内径；D
b0
是锥形环件轧制用坯料大端的外径；H是锥形环件的总高度，根据式(2)，可以得到d
b
和D
b
的表达式为：
[0018][0019]式(3)中，b
b
为轧制过程中锥形环件大端的瞬时壁厚。
[0020]优选的，在步骤S2将锥形环件划分为若干微元环的过程中，所述微元环由垂直于锥形环件轴线的水平面在锥形环件上截得，每个微元环的高度为dh，dh足够小，微元环可以近似看作为矩形截面环件，因此，距锥形环件大端轴向距离为h位置处的微元环的体积可以表示为：
[0021][0022]优选的，在步骤S3确定锥形环件轴向不同位置处直径长大速度的过程中，锥形环件轴向不同位置处直径长大速度，为锥形环件轴向不同位置处的外径长大速度，由公式(4)，且结合D
h
＝d
h
+2b
h
可以进一步得到：
[0023][0024]式(5)中，b
h
为轧制过程中距锥形环件大端轴向距离为h位置处的瞬时壁厚，b
h
可以根据初始壁厚以及芯辊的进给量得到：
[0025][0026]式(6)中，b
h0
为锥形环件轧制用坯料上距大端轴向距离为h位置处的壁厚；v
f
为芯辊进给速度；t为轧制时间；
[0027]轧制过程中锥形环件受到主辊、芯辊及锥辊的共同约束，锥形环件轴向各微元环间轴向金属流动不明显，可以将dV
h
假设为时间无关变量，对公式(5)关于时间求导，并与公式(6)相结合，可以得到轧制过程中锥形环件轴向不同位置处的外径长大速度v
Dh
：
[0028][0029]将公式(1)和(4)代入到公式(7)中，v
Dh
可以表示为：
[0030][0031]将式(3)与式(8)相结合，可以得到轧制过程中不同b
b
下的v
Dh
。
[0032]优选的，在步骤S4确定锥形环件轴向最大直径长大速度差的过程中，所述锥形环件直径长大速度，为锥形环件外径长大速度v
Dh
；锥形环件的直径长大速度在轴向不同高度h处不同，所述锥形环件轴向最大直径长大速度差，为锥形环件轴向最大直径长大速度与最小直径长大速度之差；
[0033]对公式(8)关于h求导，可以得到：
[0034][0035]由式(9)可知，随着α1，α2的不同，以及轧制过程中d
b
和D
b...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定锥形环件轧制中轴向直径长大速度差的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：根据锥形环件的几何特征以及轧制过程中体积不变原则，确定锥形环件轴向不同位置处的瞬时直径；S2：将锥形环件沿轴向划分为若干微元环，以此来确定距锥形环件大端轴向距离为h位置处的微元环的体积；S3：所述锥形环件轴向不同位置处直径长大速度，为锥形环件轴向不同位置处的外径长大速度，根据S1中锥形环件轴向不同位置处的瞬时直径计算公式以及S2中微元环的体积计算公式以及锥形环件瞬时壁厚与芯辊进给速度间的关系，来推导出轧制过程中锥形环件轴向不同位置处的外径长大速度；S4：所述锥形环件轴向最大直径长大速度差，为锥形环件轴向最大直径长大速度与最小直径长大速度之差，依据S3中显示的锥形环件外径长大速度沿轴向不同位置的分布特征，总结得出：在锥形环件轴向上，锥形环件的大端外径长大速度与其小端外径长大速度的差值在绝对值上是最大的，并且由此得到确定锥形环件轧制过程中轴向最大直径长大速度差的计算公式，至此，则完成锥形环件轧制轴向最大直径长大速度差的确定。2.根据权利要求1所述的一种确定锥形环件轧制中轴向直径长大速度差的方法，其特征在于，在步骤S1确定锥形环件轧制过程中轴向不同位置处的瞬时直径过程中，锥形环件内外表面均带有斜度，其中内表面斜度为α1，外表面斜度为α2，以锥形环件的大端为基准，将锥形环件大端的瞬时内径和瞬时外径分别记为d
b
和D
b
；将与锥形环件大端轴向距离为h位置处的瞬时内径和瞬时外径分别记为d
h
和D
h
，可以得到d
h
和D
h
表达式为：式(1)中，内表面斜度α1为锥形环件纵截面内轮廓的斜线段与锥形环件轴线所成的角度，外表面斜度α2为锥形环件纵截面外轮廓的斜线段与锥形环件轴线所成的角度；且d
b
和D
b
可以根据轧制过程中整个锥形环件体积不变原则计算得到：式(2)中，d
b0
是锥形环件轧制用坯料大端的内径；D
b0
是锥形环件轧制用坯料大端的外径；H是锥形环件的总高度，根据式(2)，可以得到d
b
和D
b
的表达式为：式(3)中，b
b
为轧制过程中锥形环件大端的瞬时壁厚。3.根据权利要求2所述的一种确定锥形环件轧制中轴向直径长大速度差的方法，其特征在于，在步骤S2将锥形环件划分为若干微元环的过程中，所述微元环由垂直于锥形环件轴线的水平面在锥形环件上截得，每个微元环的高度为dh，dh足够小，微元环可以近似看作为矩形截面环件，因此，距锥形环件大端轴向距离为h位置处的微元环的体积可以表示为：
4.根据权利要求3所述的一种确定锥形环件轧制中轴向直径长大速度差的方法，其特征在于，在步骤S3确定锥形环件轴向不同位置处直径长大速度的过程中，锥形环件轴向不同位置处直径长大速度，为锥形环件轴向不同位置处的外径长大速度，由公式(4)，且结合D
h
＝d
h
+2b
h
可以进一步得到：式(5)中，b<...

【专利技术属性】
技术研发人员：白文平，郭良刚，钱进，戚大涛，陈黄鸣，李恒，刘郁丽，沈斌，陈洪波，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：