大型双边台阶环件径轴向轧制成形方法技术

本发明专利技术涉及大型双边台阶环件径轴向轧制成形方法，通过合理设计环件毛坯和轧制孔型以及控制轧制过程，实现由矩形环件毛坯直接轧制成形为双边台阶环件，轧制孔型由驱动辊工作面和芯辊工作面组成，驱动辊和芯辊工作面尺寸根据轧制线速度、设备参数、轧制变形条件、环件毛坯尺寸和环件尺寸确定；轧制过程按预轧制、主轧制、整形轧制三个阶段进行控制；当所测环件外径达到预定值时，轧制过程结束。本发明专利技术方法通过连续局部塑性变形积累而实现环件直径扩大和双边台阶截面轮廓整体成型，有效减少了能源、材料和工时消耗，改善了环件金属流线分布，提高了生产效率和产品性能，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大型环形机械零件的塑性加工方法，具体涉及一种。
技术介绍
直径超过I米的大型双边台阶环件环件(环件外侧的上下端各带有一个台阶形成中间细、上下端粗的双层台阶)作为连接法兰、回转支承环等，在工程机械、风力发电、石油化工等领域应用广泛。此类环件工作条件苛刻，需要长期承受重载、高冲击、高低温等极端工况，因此对性能和使用寿命的要求较高。环件径轴向轧制是大型环件的一种先进塑性加工工艺，它通过连续局部回转塑性变形可在较短时间内获得几何精度高、组织性能好的优质无缝环件。然而，环件径轴向轧制过程是多工艺参数耦合作用下的复杂变形过程，轧制工艺参数设计和过程控制难度大，尤其对于异形截面环件轧制，容易因为工艺参数设计或过程控制不合理，导致环件直径达到尺寸要求时，截面轮廓不能充满，甚至导致轧制过程不稳定，形成轧制缺陷，废品率较高。因此，对于上述大型双边台阶环件，目前主要采用的加工方法是先锻造扩孔成矩形环件，再切削加工出双边台阶。锻造扩孔能耗高、效率低、精度差； 而机械切削加工台阶，材料和加工工时消耗大，且破坏了环件金属流线分布，削弱了环件性能，从而导致生产效率低，成本高，性能和质量难以保证。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种，可实现双边台阶环件直接轧制成形，显著减少锻造扩孔和台阶切削加工的能源、材料和工时消耗，并可获得较好的金属流线分布，提高生产效率和产品性能，降低生产成本。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是，通过合理设计环件毛坯和轧制孔型以及控制轧制过程，实现由矩形环件毛坯直接轧制成形为双边台阶环件，其特征在于包括以下步骤步骤(I)制坯将棒料热锻、镦粗、冲孔、冲连皮，制成轧制用环件毛坯；环件毛坯尺寸根据环件尺寸、轧制比、径向和轴向进给量比值确定；步骤(2)轧制孔型设计轧制孔型由驱动辊工作面和芯辊工作面组成，其中，芯辊工作面为圆柱面，驱动辊工作表面有一个外凸台；驱动辊和芯辊工作面尺寸根据轧制线速度、设备参数、轧制变形条件、环件毛坯尺寸和环件尺寸确定；步骤(3)轧制成形将制好的环件毛坯放上径轴向轧环机进行轧制，轧制过程按预轧制、主轧制、整形轧制三个阶段分配进给速度和进给量进行控制；预轧制阶段，控制芯辊和上锥辊分别沿径向和轴向慢速进给，逐渐消除锻造制坯产生的壁厚差和高度差；主轧制阶段，充分利用设备能力，控制芯辊和上锥辊分别沿径向和轴向以较快进给，使环件产生充分变形；整形轧制阶段，当环件外径距预定值100 200mm时，控制芯辊和上锥辊分别沿径向和轴向慢速进给，消除环件变形产生的壁厚差和椭圆度，保持环件缓慢长大，当所测环件外径达到预定值时，径向和轴向停止进给，轧制过程结束。按上述技术方案，其中步骤(I)制坯中，环件毛坯尺寸按如下步骤具体确定I)计算环件体积和截面积环件体积V按下式计算权利要求1.，通过合理设计环件毛坯和轧制孔型以及控制轧制过程，实现由矩形环件毛坯直接轧制成形为双边台阶环件，其特征在于包括以下步骤步骤(I)制坯将棒料热锻、镦粗、冲孔、冲连皮，制成轧制用环件毛坯；环件毛坯尺寸根据环件尺寸、轧制比、径向和轴向进给量比值确定；步骤(2)轧制孔型设计轧制孔型由驱动辊工作面和芯辊工作面组成，其中，芯辊工作面为圆柱面，驱动辊工作表面有一个外凸台；驱动辊和芯辊工作面尺寸根据轧制线速度、设备参数、轧制变形条件、环件毛坯尺寸和环件尺寸确定；步骤(3)轧制成形将制好的环件毛坯放上径轴向轧环机进行轧制，轧制过程按预轧制、主轧制、整形轧制三个阶段分配进给速度和进给量进行控制；预轧制阶段，控制芯辊和上锥辊分别沿径向和轴向慢速进给，逐渐消除锻造制坯产生的壁厚差和高度差；主轧制阶段，充分利用设备能力，控制芯辊和上锥辊分别沿径向和轴向以较快进给，使环件产生充分变形；整形轧制阶段，当环件外径距预定值100 200mm时，控制芯辊和上锥辊分别沿径向和轴向慢速进给，消除环件变形产生的壁厚差和椭圆度，保持环件缓慢长大，当所测环件外径达到预定值时，径向和轴向停止进给，轧制过程结束。2.根据权利要求I所述的成形方法，其特征在于步骤(I)制坯中，环件毛坯尺寸按如下步骤具体确定1)计算环件体积和截面积环件体积V按下式计算V = tt(Ri -XB2 +B3) + ^(R1 -Ht)2 -]供-B2-B3)其中，B1为环件宽度分别为环件内、外半径；B2、B3分别为两台阶的高度，Ht为台阶厚度；环件截面积S1按下式计算S1 =+(B1-B2-B3)，其中H1 = R1T1为环件壁厚；2)确定轧制比对于大型双边台阶环件径轴向轧制，λ值取为3 5 ;3)确定径向和轴向进给量比值对于大型双边台阶环件径轴向轧制，径向和轴向进给量比值k可按下式确定,AH B'k =-= m~^AB H1其中，ΛΗ = ^+Ht-H1, ΔΒ = B0-B1分别为环件轧制径向和轴向总进给量，为环件毛坯壁厚和高度，m为修正系数；4)确定环件毛坯壁厚和高度根据轧制比λ、径向和轴向进给量比值k，可确定环件毛坯壁厚Htl和高度B。为-(mBf + +HtH1) + MmB^ + + HtH1 f + AMS1B1H1 AS,H0 =-,B0 =-H05)确定环件毛还内、夕卜半径根据毛坯壁厚Htl、高度Btl和环件体积V，结合塑性变形体积不变原理，可确定环件毛坯外半径R(i、内半径A为ν + πΗ20Β0 r ν-πΗ20Β0 ^2πΗ0Β0 。 2πΗ0Β03.根据权利要求I或2所述的成形方法，其特征在于步骤(2)轧制孔型设计中，驱动辊和芯辊工作面尺寸按如下步骤具体确定1)确定驱动辊工作面半径为了保证环件稳定轧制成形，驱动辊线速度Vd取O. 8 I. 6m/s，根据驱动辊线速度Vd 可确定驱动辊工作面半径Rd = Vd/2 π nd，其中，nd = n/η为驱动辊转速，η为电机转速，η 为传动比，n、n由设备参数确定；驱动辊工作面宽度Bd = Btl ;2)确定驱动辊凸台尺寸驱动辊凸台用来成形环件外台阶，其尺寸与环件台阶尺寸相对应，可确定如下 HdT = HT, Bd2 ^ B2, Bd3 ^ B3其中，HdT、Bd2、Bd3分别为驱动辊凸台厚度和环件两凸台成形工作面的高度；3)确定驱动辊半径为了保证环件毛坯在径向孔型产生连续轧制变形，驱动辊外凸台半径和芯辊工作面半径应满足如下条件 I ^ η.5βRdT RmH O式中，RdT为驱动辊外凸台半径；β = arctan μ为摩擦角，μ为摩擦系数；根据上述条件可确定驱动辊凸台处半径取值范围为 R :17.5风-丑0dT _ H0Rm从而可确定驱动辊圆柱面半径为Rd = RdT-HdT ；为了使芯辊能顺利穿入环件毛坯内孔进行轧制，芯辊最大工作面半径应保证 Rm ( r0-10。4.根据权利要求I或2所述的成形方法，其特征在于步骤(3)轧制成形的轧制过程中， 各阶段进给速度与进给量控制参数按如下确定径向进给速度vrI = (O. 5 l)vrmin，vrII = (3 5) vrmin, Vrlll = (O. 8 I) Vramin ;径向进给量AH1 = O. 05ΔΗ, AH11 = O. 85 ΔH, AH111 = O. I ΔΗ ；轴向进给速度vaI = (O. 5 Dva本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱东升，华林，汪小凯，吴剑，毛华杰，崔昱，戴玉同，潘正华，
申请(专利权)人：武汉理工大学，张家港海陆环形锻件有限公司，
类型：发明
国别省市：