[发明专利]一种环件重量在线称量和轧制偏差分配的方法

摘要

本发明属于环件轧制加工领域，具体涉及一种轧制过程中环件重量在线称量和轧制偏差分配的方法。一种环件重量在线称量和轧制偏差分配的方法，其特征在于它包括如下步骤：1)计算实际环件毛坯轧制过程中外径和壁厚关系；2)通过特定时刻在线测量特定外径的实际环件毛坯壁厚，计算实际环件毛坯重量误差；3)根据实际环件毛坯重量误差计算确定实际环件锻件的尺寸误差；4)根据轧制环件锻件的几何精度要求，选择其中一种尺寸公差分配方案作为环件轧制计算机控制系统的指令，在线实施环件锻件尺寸公差的分配，轧制出相应的环件锻件。本发明能够有效的控制轧制环件的几何精度，降低轧制环件废次品率。

主权项

1.一种环件重量在线称量和轧制偏差分配的方法，其特征在于它包括如下步骤：1).计算实际环件毛坯轧制过程中外径和壁厚关系：根据环件轧制过程中体积不变条件可知环件轧制前的体积V0等于轧制中的体积V，$V_0=\frac{\pi }{4}(D_0^2-d_0^2)B_0=\frac{\pi }{4}(D^2-d^2)B=V---\left(1\right)$ 式中，D0、d0、B0、H0分别为环件轧制前的毛坯外径、内径、轴向宽度和壁厚，D、d、B、H分别为环件轧制中的外径、内径、轴向宽度和壁厚，由环件几何关系d＝D-2H对式(1)整理得：$D=\frac{V_0}{\mathrm{\pi B}}\frac{1}{H}+H---\left(2\right)$ 采用闭式孔型轧制时，轧制中环件轴向尺寸B不变与轧制前环件毛坯轴向尺寸B0相等，具有理想尺寸的环件毛坯，其体积V0也一定，由此，当理想环件毛坯在轧制中某个瞬时外径和壁厚达到特定尺寸D＝Dc，H＝Hc时，由式(2)可得，理想环件毛坯轧制中的特定尺寸Dc与Hc的关系为$D_c=\frac{V_0}{\mathrm{\pi B}}\frac{1}{H_c}+H_c---\left(3\right)$ 式中，Dc和Hc分别为选定的特定尺寸理想环件毛坯外径和壁厚；所述特定尺寸为轧制过程中在环件毛坯至锻件的尺寸范围内随机选择的一个尺寸；若环件轧制用环件毛坯由于下料、加热烧损、制坯因素的影响，使得实际轧制用环件毛坯体积偏离理想环件毛坯，则其轧制中的直径和壁厚关系为$D^{\prime }=\frac{V_0^{\prime }}{\mathrm{\pi B}}\frac{1}{H^{\prime }}+H^{\prime }---\left(4\right)$ 式中，D′、H′和V0′分别为实际环件毛坯在轧制过程中的外径、壁厚和体积；2).通过特定时刻在线测量特定外径的实际环件毛坯壁厚，计算实际环件毛坯重量误差：通过轧制测量装置，测量和记录实际环件毛坯轧制中特定瞬时的外径和壁厚，特定瞬时指实际环件外径等于理想环件毛坯特定外径的时刻即D′＝Dc′＝Dc，因为环件毛坯误差，特定时刻实测环件壁厚不等于理想环件壁厚即H′＝Hc′≠Hc，由式(4)得实际环件毛坯在特定时刻的外径和壁厚关系为：$D_c=\frac{V_0^{\prime }}{\pi B^{\prime }}\frac{1}{H_c^{\prime }}+H_c^{\prime }---\left(5\right)$ 式中，Hc′为特定瞬时实测环件壁厚，B′为特定瞬时环件轴向尺寸；在闭式孔型轧制中，实际环件毛坯轴向尺寸保持不变即B′＝B，若环件材料密度为ρ，由式(3)和(5)可得实际环件毛坯重量误差为$\mathrm{\Delta W}=\mathrm{\rho \Delta V}=\mathrm{\pi \rho B}{D}_c(H_c^{\prime }-H_c)(1-\frac{H_c^{\prime }+H_c}{D_c})---\left(6\right)$ 式中，ΔV为实际环件毛坯重量误差；由式(6)可知，只要测量轧制中实际环件毛坯在特定外径Dc时的壁厚Hc′，就可计算确定该实际环件毛坯的重量误差；3).根据实际环件毛坯重量误差计算确定实际环件锻件的尺寸误差：对于理想环件毛坯，其轧制成形的理想环件锻件尺寸为外径Df、内径df、壁厚Hf、轴向尺寸Bf＝B，由式(2)得理想环件锻件的几何尺寸与体积关系为：$D_f=\frac{V_0}{\mathrm{\pi B}}\frac{1}{H_f}+H_f,$ $d_f=D_f-{2H}_f=\frac{V_0}{\pi B_f}\frac{1}{H_f}-H_f---\left(7\right)$ 实际环件毛坯的体积为V0′＝V0+ΔV，其轧制成形的实际锻件尺寸为：$D_f^{\prime }=\frac{V_0+\mathrm{\Delta V}}{\mathrm{\pi B}}\frac{1}{H_f^{\prime }}+H_f^{\prime },$ $d_f^{\prime }=\frac{V_0+\mathrm{\Delta V}}{\mathrm{\pi B}}\frac{1}{H_f^{\prime }}-H_f^{\prime }---\left(8\right)$ 式中，Df′和df′分别为实际环件锻件的外径和内径；由式(7)、(8)相减得实际环件锻件的尺寸误差为：${\mathrm{\Delta D}}_f=H_f^{\prime }-H_f+\frac{V_0}{\mathrm{\pi B}}(\frac{1+\frac{\mathrm{\Delta V}}{V_0}}{H_f^{\prime }}-\frac{1}{H_f}),$ ${\mathrm{\Delta d}}_f=H_f-H_f^{\prime }+\frac{V_0}{\mathrm{\pi B}}(\frac{1+\frac{\mathrm{\Delta V}}{V_0}}{H_f^{\prime }}-\frac{1}{H_f})---\left(9\right)$ 式中，ΔDf和Δdf分别为实际环件锻件的外径和内孔误差；4).根据轧制环件锻件的几何精度要求，选择其中一种尺寸公差分配方案作为环件轧制计算机控制系统的指令，在线实施环件锻件尺寸公差的分配，轧制出相应的环件锻件：根据计算得出的实际环件锻件的尺寸误差，确定环件锻件的几何精度要求的各种尺寸公差分配方案所对应的环件锻件尺寸公差；几何精度要求的各种尺寸公差分配方案分为三种：1)外径无公差而内孔有公差；2)外径有公差而内孔无公差；3)外径和内孔都有公差；根据所述的三种公差分配方案计算对应的环件锻件尺寸误差如下：(1)体积误差分配到环件锻件内孔：这种情况是使实际环件锻件的外径等于理想环件锻件的外径，实际环件锻件的体积误差完全分配到实际环件锻件的内孔；于是，式(9)中令ΔDf＝0，通过计算得到实际环件毛坯体积误差分配到环件内孔时，环件锻件内径误差为：${\mathrm{\Delta d}}_f=\sqrt{D_f^2-\frac{{4V}_0(1+\frac{\mathrm{\Delta V}}{V_0})}{\mathrm{\pi B}}}-D_f+2H_f---\left(10\right)$ (2)体积误差分配到环件锻件外表面：这种情况是使实际环件锻件的内径等于理想环件锻件的内径，环件的体积误差完全分配到环件锻件的外表面；于是，式(9)中令Δdf＝0，通过计算得到环件毛坯体积误差分配到环件外表面时，环件锻件内径误差为：${\mathrm{\Delta D}}_f=\sqrt{d_f^2+\frac{{4V}_0(1+\frac{\mathrm{\Delta V}}{V_0})}{\mathrm{\pi B}}}-d_f-{2H}_f---\left(11\right)$ (3)体积误差分配到环件锻件的内孔和外表面：(3.1)实际环件锻件与理想环件锻件壁厚相等，这种情况是使实际环件锻件的壁厚等于理想环件锻件的壁厚，而将环件毛坯体积误差分配到环件锻件的内孔和外表面；于是，式(9)中令Hf′＝Hf，通过计算得到环件毛坯体积误差分配到环件锻件内孔和外表面时，环件锻件直径误差为${\mathrm{\Delta D}}_f=\frac{\mathrm{\Delta V}}{\mathrm{\pi B}}\frac{1}{H_f},$ ${\mathrm{\Delta d}}_f=\frac{\mathrm{\Delta V}}{\mathrm{\pi B}}\frac{1}{H_f}---\left(12\right)$ (3.2)实际环件锻件与理想环件锻件壁厚不相等，这种情况是给定环件锻件的外径许可偏差Δ1，即实际环件锻件外径为Df′＝Df+Δ1，代入公式(8)计算得到环件毛坯体积误差分配到环件锻件内孔和外表面并给定环件锻件外径许可偏差时，环件锻件内径偏差为：${\mathrm{\Delta d}}_f=\sqrt{{(D_f+{\Delta }_1)}^2-\frac{4(V_0+\mathrm{\Delta V})}{\mathrm{\pi B}}}-D_f+2H_f---\left(13\right).$