[发明专利]一种非对称双台阶回转体零件三辊横轧成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非对称双台阶回转体零件三辊横轧成形方法。

背景技术

非对称双台阶回转体零件，如图1所示，其几何特征为表面由长度或高度不对称的上下台阶构成一个深槽，中心带小孔或不带孔，典型的应用为工程机械中的双联齿轮、双边支重轮轮体等。此类零件的表面深槽难以通过锻造直接精确成形，目前通常是采用自由锻或模锻简单成形，再通过切削加工成形，加工能耗高、材料利用率低，大量切削加工不仅消耗工时且易破坏零件金属纤维流线，导致生产效率低、成本高、产品性能差。

三辊横轧是利用回转塑性变形而成形多台阶回转体零件的一种塑性加工新工艺，其原理如图2所示。三个轧辊轴线平行布置，主轧辊1作主动旋转运动并同时向下作直线进给运动；左副轧辊2、右副轧辊3为轴心固定的空转辊，在零件带动下作被动旋转运动；零件在主动辊的旋转和径向进给作用下咬入三辊构成的孔型，产生连续旋转和局部塑性变形，经过多转变形积累，零件截面轮廓充满轧制孔型，完成轧制成形。三辊横轧过程中，零件变形区为零件与三个轧辊接触的局部区域，属于局部成形，因而变形抗力小，所需设备吨位小；轧制过程中，当零件外形台阶轮廓充满孔型时，变形就结束，不产生飞边，成形精度高；此外零件凹槽经过塑性变形而成形，其纤维流线和晶粒分布好，零件性能高。因此，采用三辊横轧工艺成形多台阶回转体零件具有显著的技术经济优点。

然而，三辊横轧变形是一个多参数耦合作用下的复杂动态变形过程，而由于非对称双台阶回转体零件的几何非对称性，使得零件轧制过程中金属流动和几何成形规律十分复杂，影响参数众多，需要合理匹配的设计轧制工艺参数，有效控制轧制过程金属流动和运动变形，否则，轧制中容易产生零件挤扁、截面充不满等缺陷。由于未掌握有效的轧制方法，实际生产中经常出现各种轧制缺陷，轧制废、次品率高，导致该类零件目前仍然以传统的锻造联合切削加工方法生产制造。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述不足，提供一种非对称双台阶回转体零件三辊横轧成形方法，通过合理设计轧制工艺参数，实现非对称双台阶回转体零件三辊横轧一次稳定成形，有效降低该类零件制造能源和材料消耗，提高了生产效率和产品性能。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种非对称双台阶回转体零件三辊横轧成形方法，其特征在于：采用三辊横轧方法一次稳定成形非对称双台阶回转体零件；具体包括如下步骤：（1）根据零件尺寸和非对称度，选定合适的毛坯形状，再根据金属流动规律确定体积分配比，进而确定毛坯尺寸并制坯；所述毛坯截面形状为矩形、锥台型或台阶型；（2）根据三辊横轧成形原理和设备结构以及毛坯、零件尺寸要求，先设计副轧辊工作面尺寸和位置，再确定主轧辊尺寸；（3）根据三辊横轧咬入条件以及轧辊尺寸、毛坯尺寸、零件尺寸依次设计轧制成形参数，所述轧制成形参数包括主轧辊转速、主轧辊进给速度和轧制时间；（4）按步骤（3）的轧制成形参数一次稳定轧制成形所述零件；轧制时主轧辊作主动旋转运动并同时向下作直线进给运动；左副轧辊、右副轧辊为轴心固定的空转辊，在毛坯带动下作被动旋转运动；零件在主动辊的旋转和径向进给作用下咬入三辊构成的孔型，产生连续旋转和局部塑性变形，经过多转变形积累，毛坯截面轮廓充满轧制孔型，完成轧制成形。

按上述技术方案：步骤（1）按照如下顺序进行：

1）计算零件的非对称度K_D

设R₁、R₂、R₃、r分别为零件上台阶半径、凹槽半径、下台阶半径和内孔半径；对于实心类零件，r=0；B₁、B₂、B₃分别为零件上台阶高度、凹槽高度和下台阶高度，则零件总高度B=B₁+B₂+B₃；V_Lu、V_Ld分别为零件上台阶体积和下台阶体积；

非对称系数非对称度K_D=|K_L-1|；

当K_D<0.1时，采用矩形截面毛坯；

当0.1≤K_D≤0.3，采用锥台型毛坯；

当K_D>0.3时，采用台阶型毛坯。

2）计算毛坯体积V