[发明专利]大型外轮廓突变截面环件轧挤复合近净成形方法

权利要求书

1.一种大型外轮廓突变截面环件轧挤复合近净成形方法，其特征在于：包括步骤，S1、将镦粗冲孔后的坯料通过预轧成形获得壁厚均匀且大直径矩形截面的环坯；S2、将预轧成形后的环坯放置在挤压模具上，挤压模具包括两端设有限位凸缘的芯模和若干个绕轴心均布的瓣模，瓣模沿轴向设有多级挤压块且每级挤压块都由各自的高压推杆控制工作，采用多向连续局部增量式径向挤压，沿轴向分步成形环坯外表面突变轮廓，获得异形环坯；S3、将异形环坯通过径向闭式近净轧制成形获得目标环件；

在步骤S2中，进行多向连续局部增量式径向挤压时，多个瓣模从多个方向同时对环坯进行挤压，通过控制高压推杆，先使第一级挤压块对环坯外表面进行挤压，成形出环坯外表面第一组台阶和凹槽型面并且保持第一级挤压块在最终的挤压位不动，然后沿轴向依次操作，直至成形出环坯外表面最后一组台阶和凹槽型面，然后使所有挤压块复位，完成第一轮径向挤压，然后芯模带动环件旋转一个固定角度，进行第二轮径向挤压，直至环件整个外表面台阶完全成形；

根据体积及轴向高度不变原则，异形环坯沿轴向各外台阶外径及内径由下式计算，

其中，d₁为异形环坯内径，d为预轧成形后的环坯内径，D_i为异形环坯沿轴向第i个突变型面外径，D_fi为目标环件外表面沿轴向第i个突变型面直径，d_f为目标环件内径；

瓣模的径向移动距离U由下式计算，

其中，D为预轧成形后的环坯外径,D_i-min为异形环坯最薄壁厚处外径，ΔS为异形环坯最大壁厚处与瓣模之间间距；

芯模和瓣模之间的转动角度θ按下式计算，

其中，B_p为瓣模宽度，δ为挤压重叠角；

在步骤S3中，进行径向闭式近净轧制成形时，由异形外表面的驱动辊及直壁的芯辊形成闭式轧制孔型，在初始阶段，芯辊低速进给以满足环坯咬入孔型的条件，在主轧制阶段，增加芯辊进给速度，促使环件外径增大、截面轮廓成形，在整圆阶段，芯辊低速进给，进行定径整圆，待尺寸达到设计目标时，停止轧制；

在径向闭式近净轧制成形中，轧制总进给量ΔH按下式计算，

其中，D_i-max为异形环坯最厚壁厚处外径，d₁为异形环坯内径，D_fi-max为目标环件最厚壁厚处外径，d_f为目标环件内径；

各阶段的进给量及进给速度按下式确定，

初始阶段的进给量为

ΔH₁＝(0.05～0.2)ΔH

初始阶段的进给速度为

主轧制阶段的进给量为

ΔH₂＝(0.6～0.8)ΔH

主轧制阶段的进给速度为

整圆阶段的进给量为

ΔH₃＝ΔH-ΔH₁-ΔH₂

整圆阶段的进给速度为

其中，v_max为芯辊最大进给速度，v_min为芯辊最小进给速度，且有

其中，n₁为驱动辊转速，r₁为驱动辊最大凸台半径，r₂为芯辊半径，β为接触摩擦角。

2.如权利要求1所述的大型外轮廓突变截面环件轧挤复合近净成形方法，其特征在于：绕轴心均布有三个瓣模。

3.如权利要求1所述的大型外轮廓突变截面环件轧挤复合近净成形方法，其特征在于：挤压块工作端的侧边设有倒角。

4.如权利要求1所述的大型外轮廓突变截面环件轧挤复合近净成形方法，其特征在于：芯模的一端凸缘可拆卸。

5.如权利要求1至4任一所述的大型外轮廓突变截面环件轧挤复合近净成形方法，其特征在于：在步骤S1中，进行预轧成形时，在驱动辊和芯辊的共同作用下实现坯料的壁厚减薄、内外直径扩大、高度基本保持不变，待内外径达到设计尺寸时，径向轧制成形完成。

6.如权利要求5所述的大型外轮廓突变截面环件轧挤复合近净成形方法，其特征在于：根据扩径比和体积不变原则，预轧成形后的环坯尺寸由下式计算，

其中，D、d、B分别为预轧成形后的环坯外径、内径、高度；d_f为目标环件内径；B_fi为目标环件外表面沿轴向第i个突变型面高度；n为突变型面个数；K_f为扩径比；V是目标环件体积，且其中D_fi为目标环件外表面沿轴向第i个突变型面直径；

根据当量轧制比，轧制前后环坯的高度及体积不变原则，预轧成形前的环坯尺寸由下式计算，

其中，D₀、B₀、d₀分别为预轧成形前的环坯外径、高度、内径；K为当量轧制比。