[发明专利]一种确定环件径轴向轧制稳定成形域的方法

权利要求书

1.一种确定环件径轴向轧制稳定成形域的方法，其特征在于，所述的确定环件径轴向轧制稳定成形域的方法包括以下步骤：

步骤一，建立环件径轴向轧制各工艺参数之间的函数关系。所述的各工艺参数包括：芯辊进给速度v_f、环坯长大速度v_D、驱动辊转速n₁、锥辊进给速度v_a、锥辊转速n_a、锥辊的后撤速度v_w。所述各工艺参数之间的函数关系由式(25)确定：

以上各式中，D₀，d₀，h₀，b₀分别为环坯的外径、内径、高度和壁厚；D_f，d_f，h_f，b_f分别为最终环件的外径、内径、高度和壁厚；R₀＝d₀/2，为环坯的外半径；D，d，b，h分别为环坯的瞬时外径、瞬时内径、瞬时壁厚和瞬时高度；v_f，v_D，n₁，v_a，n_a，v_w分别为芯辊进给速度、环坯长大速度、驱动辊转速、锥辊进给速度、锥辊转速和锥辊的后撤速度；R₁，θ分别为驱动辊半径、锥辊与环坯接触位置处的锥辊半径和锥辊的半锥角；T为完成整个轧制过程所需的总时间；为轧制过程芯辊进给速度v_f的平均值；v_fi为芯辊第i转时刻芯辊进给速度；b_i为第i转时刻环坯的瞬时壁厚；s为锥顶坯心距；Δb，Δb_total分别为每转进给量和环件总的壁厚减小量；α为变形前后截面顶点连线与图2中坐标系正x方向的夹角，tgα为径轴向变形量分配比；n完成整个轧制过程所需要的转数。

步骤二，确定环件径轴向轧制中芯辊进给速度v_f的取值范围、锥辊进给速度v_a的取值范围、以及环坯长大速度v_D的取值范围：

芯辊进给速度v_f的取值范围由式(30)确定：

2Δb_minR₁n₁/D₀≤v_f≤2Δb_maxR₁n₁/D_f            (30)

锥辊进给速度v_a的取值范围由式(31)确定：

2Δb_minR₁n₁tgα/D₀≤v_a≤2Δb_maxR₁n₁tgα/D_f    (31)

环坯长大速度v_D的取值范围由式(32)确定：

vDmin=2ΔbminR1n1(Df-D0)D0Δbtotal≤vD≤2ΔbmaxR1n1(Df-D0)DfΔbtotal=vDmax---(32)]]>

以上各式中，D₀，D_f，D分别为环坯外径、最终环件外径和环坯瞬时外径；R₀，r₀分别为环坯外半径和内半径；v_f，v_D，n₁，v_a，分别为芯辊进给速度、环坯长大速度、驱动辊转速、锥辊进给速度；Δb，Δb_min，Δb_max，Δb_total分别为芯辊每转进给量、环坯变形区被锻透所需的最小每转进给量、环坯能够咬入孔型所允许的最大每转进给量、以及环件总的壁厚减小量；R₁，R₂分别为驱动辊半径和芯辊半径；μ为接触摩擦系数；tgα为径轴向变形量分配比；v_Dmin，v_Dmax分别为环坯长大速度v_D的最小值和最大值。

步骤三，确定环件径轴向轧制稳定成形域，具体过程如下：

第一步，获取环件总的壁厚减小量Δb_total和每转时刻的一系列环坯瞬时壁厚b_i；

设定完成一个完整的环件径轴向轧制过程的转数n，获取最终环件尺寸D_f*d_f*h_f*b_f、环坯尺寸D₀*d₀*h₀*b₀，则由式(4)

Δb_total＝b₀-b_f                (4)

得到环件总的壁厚减小量Δb_total，进而由式(21)

b_i＝b_i-1-Δb_total/n，(i＝1，2，3，…，n)(21)

得到每转时刻的一系列环坯瞬时壁厚b_i的值；

第二步，获取芯辊进给速度v_f的取值范围、锥辊进给速度v_a的取值范围及环坯长大速度v_D的取值范围；

根据获取的环件及环坯尺寸，由式(8)

tgα＝(h₀-h_f)/(b₀-b_f)(8)

得到tgα的值；获取驱动辊转速n₁、驱动辊及芯辊半径R₁和R₂、锥辊半锥角θ、锥顶坯心距s；选取摩擦系数μ；则由式(16)

Ra1=(R0-s)sinθ---(16)]]>

得到锥辊在与环坯接触位置处的锥辊半径

再根据式(27)

Δbmin=6.55×10-3(R0-r0)2(1R1+1R2+1R0-1r0)---(27)]]>

和式(28)

Δbmax=2(arctanu)2R1(1+R1/R2)2(1+R1R2+R1R0-R1r0)---(28)]]>

由式(30)、式(31)和式(32)，分别得到芯辊进给速度v_f的取值范围、锥辊进给速度v_a的取值范围、环坯长大速度v_D的取值范围；

2Δb_minR₁n₁/D₀≤v_f≤2Δb_maxR₁n₁/D_f           (30)

2Δb_minR₁n₁tgα/D₀≤v_a≤2Δb_maxR₁n₁tgα/D_f   (31)

vDmin=2ΔbminR1n1(Df-D0)D0Δbtotal≤vD≤2ΔbmaxR1n1(Df-D0)DfΔbtotal=vDmax---(32)]]>

第三步，获取环件径轴向轧制稳定成形域；

根据由第二步得到的环坯长大速度v_D的取值范围v_D[v_Dmin，v_Dmax]，在该范围内确定v_D的值分别为v_D＝v_Dmin、v_D＝v_D1、v_D＝v_D2、v_D＝v_D3、v_D＝v_Dmax；把确定的每一个v_D值及通过第一步得到的一系列环坯瞬时壁厚b_i的值代入式(22)

vfi=vD{(D0+d0)h0b0tgα2[h0-tgα(b0-bi)]2bi+(D0+d0)h0b02[h0-tgα(b0-bi)]bi2}-1,(i=0,1,2,3,...,n)---(22)]]>

得到每一个v_D值下，芯辊进给速度v_f随环坯瞬时壁厚b的变化曲线；

由获得的tgα值及式(24)

v_ai＝v_fitgα(24)

得到每一个v_D值下，锥辊进给速度v_a随环坯瞬时壁厚b的变化曲线；

由v_D＝v_Dmin及v_D＝v_Dmax对应的曲线围成的区域，即为环件径轴向轧制稳定成形域。