[发明专利]一种确定台阶双锥截面环件径向辗扩毛坯尺寸的方法

摘要

一种确定台阶双锥截面环件径向辗扩毛坯尺寸的方法，其步骤是：首先，确定台阶双锥截面毛坯几何尺寸和轧制比取值范围的计算公式，并获取台阶双锥截面环件的几何尺寸以及芯辊的外半径；其次，根据获取的台阶双锥截面环件的几何尺寸计算出台阶双锥截面环件的体积和径向截面面积，再结合芯辊的外半径计算出轧制比的取值范围；最后，根据所选取的轧制比快速计算出台阶双锥截面毛坯的几何尺寸。本发明针对同一台阶双锥截面环件能够设计出一系列基于不同轧制比的预成形台阶双锥截面毛坯，有效提高了台阶双锥截面环件轧制过程中毛坯设计的效率和精度，缩短了生产周期，降低了生产成本。本发明适用于台阶双锥截面环件的闭式径向轧制过程。

主权项

1.一种确定台阶双锥截面环件径向辗扩毛坯尺寸的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，确定台阶双锥截面环件轧制过程中的预成形坯料为台阶双锥截面毛坯；步骤二，确定台阶双锥截面毛坯几何尺寸的计算公式，台阶双锥截面毛坯的几何尺寸包括毛坯的外半径、端面半径、内半径和轴向高度以及其台阶部分的轴向高度；根据塑性成形中的体积不变原理，有(1)根据轧制比为轧制前毛坯径向截面面积与轧制后环件径向截面面积之比的定义，有(2)由台阶双锥截面毛坯的结构可知(3)(4)(5)将式(2)和式(5)代入式(3)中后变形有(6)将式(1)和式(5)代入式(4)后变形有(7)由于选用的成形方式为闭式径向轧制，故有(8)(9)将式(8)和式(9)代入到式(6)和式(7)后有(10)(11)令(12)(13)(14)则式(10)和式(11)变为(15)(16)联立式(15)和式(16)求解可得(17)(18)将式(18)代入式(5)中可得(19)再令(20)则式(19)变为(21)在式(1)~式(21)中，为轧制比；为台阶双锥截面环件的锥形角；、、、、、和分别为台阶双锥截面毛坯的体积、径向截面面积、外半径、端面半径、内半径、轴向高度和台阶部分的轴向高度；、、和为台阶双锥截面环件的体积径向截面、轴向高度和台阶部分的轴向高度；因此，台阶双锥截面毛坯的外半径、端面半径、内半径和轴向高度以及其台阶部分的轴向高度分别按式(21)、式(18)、式(17)、式(8)和式(9)进行确定；步骤三，确定轧制比取值范围的计算公式，根据环件轧制原理，为使整个台阶双锥截面环件轧制成形过程能顺利地开展并稳定地进行，需满足如下三项条件：条件1：轧制比必须大于1，即：(22)条件2：在环件轧制过程中，芯辊朝驱动辊的连续进给使得环件的壁厚不断减薄、半径不断长大、截面轮廓逐渐成形，因此毛坯的壁厚应大于环件的径向壁厚，且毛坯的半径应小于环件的半径，即：(23)(24)(25)(26)(27)条件3：毛坯的内半径必须大于芯辊的外半径，这样才能保证将芯辊放入毛坯内，即：(28)在式(23)~式(28)中，、和分别为台阶双锥截面环件的外半径、端面半径和内半径；为台阶双锥截面毛坯的小端壁厚，为台阶双锥截面毛坯的大端壁厚，为台阶双锥截面环件的小端壁厚，为台阶双锥截面环件的大端壁厚；为芯辊的外半径；下面依次考虑上述条件：1）、根据式(23)有(29)将式(15)代入式(26)后有(30)2）、由台阶双锥截面环件和台阶双锥截面毛坯的结构有(31)(32)考虑到式(8)和式(9)，故只要式(23)满足了则式(24)也就自动满足了；3）、将式(17)代入式(25)中有(33)变形后有(34)因为且，所以结合式(11)和式(14)知，从而总是成立的，故由式(34)可得(35)4）、将式(18)代入式(26)中有(36)变形后有(37)因为，故当时可由式(37)可得(38)5）、由台阶双锥截面环件和台阶双锥截面毛坯的结构有(39)(40)考虑到式(8)和式(9)，故只要当式(26)满足了则式(27)也就自动满足了；6）、将式(17)代入式(28)中有(41)变形后有(42)因为总是成立的，并结合，故由式(42)可得(43)根据上述的定义还可以推导得到：(44)(45)(46)综合可知，在保证条件下，则对台阶双锥截面环件轧制过程有(47)在式(30)~式(47)中，分别由式(12)~式(14)求解得到；步骤四，最终确定台阶双锥截面环件的几何尺寸，台阶双锥截面环件的几何尺寸包括环件的外半径、端面半径、内半径和轴向高度以及其台阶部分的轴向高度，当知道环件的外半径、端面半径和轴向高度以及其台阶部分的轴向高度后，则锥形角为(48)步骤五，测量获得芯辊的外半径；步骤六，计算台阶双锥截面环件的体积；(49)步骤七，计算台阶双锥截面环件的径向截面面积；(50)步骤八，将台阶双锥截面最终环件的几何尺寸、体积和径向截面面积代入式(47)计算得到轧制比的取值范围；步骤九，在所计算出的轧制比取值范围内选取值；步骤十，将台阶双锥截面环件的几何尺寸以及所选取的轧制比值分别代入到式(21)、式(18)、式(17)、式(8)和式(9)中计算出台阶双锥截面毛坯的外半径、端面半径、内半径和轴向高度以及其台阶部分的轴向高度。