[发明专利]大型环件径-轴向轧制协调变形设计方法

权利要求书

1.一种大型环件径-轴向轧制协调变形设计方法，其特征在于：包括步骤，S1、根据设备径-轴向力能关系和目标锻件径-轴向尺寸关系，设计径-轴向总变形比；S2、基于径-轴向总变形比设计环坯尺寸，采用S型轧制曲线来控制环坯截面至目标锻件截面的尺寸演变过程，对轧制曲线求导从而得到轧制过程径-轴向瞬时变形比；S3、基于环件轧制极限变形条件确定环件外径长大范围，分段设计环件外径长大速度曲线，再结合径-轴向瞬时变形比确定轧制过程径向与轴向变形速度，实现大型环件径-轴双向轧制协调变形；

在步骤S2中，具体步骤为：

S2.1、环坯尺寸设计；

由径-轴向变形比K和轧制比结合体积不变原理求得环坯的高度B₀、厚度H₀和外半径R₀分别为

H₀＝H_f+K(B₀-B_f)

其中，B_f、H_f分别为目标锻件的高度和厚度，λ为轧制比，R_f为目标锻件的外半径；

S2.2、轧制曲线设计；

轧制曲线采用S型曲线，设计式为

其中，B₁(H)为logistic函数的变式，分别为边界修正系数，计算式为

其中，B、H分别为轧制过程中环件的高度和厚度，n和K_α为曲率系数，设轧制曲线依次分为Ⅲ段、Ⅱ段和Ⅰ段，n决定了Ⅱ段的总体曲率，n1且n越大Ⅱ段曲线越直，K_α决定了Ⅰ段和Ⅲ段的曲率，Ⅰ段曲率与K_α负相关，Ⅲ段曲率与K_α正相关；

S2.3、径-轴向瞬时变形比；

轧制过程中环件的高度B和厚度H时刻满足轧制曲线B(H)规定的关系，因此径-轴向瞬时变形比为轧制曲线B(H)的导数B′(H)，即

在步骤S3中，具体步骤为：S3.1、环件外径长大速度范围确定；

由体积不变原理和轧制曲线结合咬入与锻透条件可得环件长大速度V_D范围为

其中，R、R₁分别为环件瞬时外半径和驱动辊工作半径，n_r为驱动辊转速，V_i由下式给出

其中，B₀、H₀、R₀分别为环坯的高度、厚度和外半径，轧制过程中环件的高度B和厚度H时刻满足轧制曲线B(H)规定的关系，径-轴向瞬时变形比为轧制曲线B(H)的导数B′(H)；

其中，Δh_min和Δh_max分别为满足锻透条件的最小瞬时每转进给量和满足咬入条件的最大瞬时每转进给量，计算式为

其中，β为环件与轧辊之间的摩擦角，R₂、r分别为芯辊工作半径和环件实时内半径；

S3.2、环件外径长大速度曲线设计；

设计环件长大速度包括两个加速阶段，两个主轧阶段，一个减速及整圆阶段，每个阶段结束时应使环件外径达到相应的尺寸R_i，计算式为

R_i＝R₀+β_i(R_f-R₀)(i＝1,2,3,4,5)，

式中

其中，β₅对应的R₅为进入减速及整圆阶段时的环件外半径，近似等于目标锻件外径，此时芯辊锥辊达到进给量；

第一主轧阶段环件外径长大速度V₁、第二主轧阶段环件外径长大速度V₂、结束进给时的长大速度V₃以及整圆阶段的长大速度V₄分别计算为

其中，为R₀～R₂之间所对应的环件长大速度上限中的最小值和环件长大速度下限中的最大值，为R₂～R₄之间所对应的环件长大速度上限中的最小值和环件长大速度下限中的最大值，为R₄～R₅之间环件长大速度下限中的最大值；

S3.3、径-轴双向进给速度曲线设计；

由塑性变形体积不变原理求得环件长大速度驱动下芯辊径向进给速度V_f

成立的必要条件为轧制过程中环件的高度B和厚度H时刻满足轧制曲线B(H)规定的关系，即锥辊轴向进给速度V_a与芯辊径向进给速度V_f严格按径-轴向瞬时变形比进行协调，即满足关系

V_a＝V_fB′(H)

即可计算得到轧制过程中芯辊径向进给速度V_f和锥辊轴向进给速度V_a曲线。

2.如权利要求1所述的大型环件径-轴向轧制协调变形设计方法，其特征在于：在步骤S1中，以设备轴向力能与径向力能的比值为力能系数K_f，有

以目标锻件高度与厚度的比值为形状系数K_g，有

径-轴向总变形比K的计算式为

其中，ΔH、ΔB分别为径向和轴向变形量，B₀、B_f、H₀、H_f分别为环坯高度、目标锻件高度、环坯厚度、目标锻件厚度，F_r、F_a分别为设备径向和轴向额定力能。