[发明专利]一种确定环件径轴向轧制稳定成形域的方法

摘要

一种确定环件径轴向轧制稳定成形域的方法。首先，建立环件径轴向轧制各工艺参数即芯辊进给速度vf、环坯长大速度vD、驱动辊转速n1、锥辊进给速度va、锥辊转速na、锥辊的后撤速度vw之间的数学函数关系；其次，确定关键工艺参数即芯辊进给速度vf、锥辊进给速度va、以及环坯长大速度vD的取值范围；最后，获得环件径轴向轧制的稳定成形域。本发明为环件径轴向轧制过程的优化设计与精确控制提供了重要依据，缩短了生产周期，降低了成本，为获得合格产品质量提供了重要保证。

主权项

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。