一种凹槽斜内孔环件辗扩成形方法

摘要

一种凹槽斜内孔环件辗扩成形方法，属于环件辗扩成形技术领域，其特征在于工艺步骤如下：1)确定辗扩比λ；2)根据环件尺寸、辗扩比和体积不变原理，确定矩形截面毛坯尺寸，包括外径D₀、内径d₀和高度H₀；3)辗扩孔型设计：根据毛坯和环件的尺寸结构及变形条件，设计驱动辊和芯辊的工作面型腔尺寸；4)确定辗扩工艺参数，包括驱动辊转速、芯辊进给速度、初始辗扩温度以及辗扩终了温度；5)辗扩成形：根据上述设计参数，在闭式辗环机上经连续多道次变形使环坯直径不断扩大、斜内孔和凹槽截面辗扩成形。本发明优点是凹槽斜内孔环件辗扩过程稳定，工艺参数设计合理，环件外形尺寸精确、性能质量好，辗环成品率高，能源和材料浪费低。

主权项

一种凹槽斜内孔环件辗扩成形方法，其特征在于工艺步骤如下：(1)确定辗扩比λ，根据给定的环件形状尺寸按经验选取辗扩比的范围，λ＝d_u/d₀，其中d_u和d₀分别为环件凹槽部位的内径和毛坯的内径，λ的取值范围为2.0～2.5；(2)根据凹槽环件尺寸、辗扩比和辗扩变形前后体积不变原理，确定矩形截面环形毛坯尺寸，凹槽环件体积为：$\begin{array}{c}V=\pi H\left[{\left(\frac{D-d_2}{2}\right)}^2-\frac{1}{3}{\left(H\tan \beta \right)}^2\right]-\frac{4}{3}{\mathrm{\pi R}}_u^3-\frac{1}{3}\pi {\left(\frac{H}{2}-R_u-h\right)}^3{\sin }^4{\alpha }_1{\cos }^2{\alpha }_1-\frac{8}{3}{\mathrm{\pi R}}_u^3{\tan }^2\beta \\ -\frac{1}{3}\pi {\left[\left(h_1+2R_u\right)\tan \beta -\left(\frac{H}{2}-R_u-h\right)\left({\sin }^2{\alpha }_1\tan \beta -{\mathrm{sin\alpha }}_2{\mathrm{cos\alpha }}_2\right)\right]}^2\left[h_1-2R_u-\left(\frac{H}{2}-R_u-h\right){\sin }^2{\alpha }_1\right]\\ -\frac{1}{3}{\left[h_1\tan \beta -\left(\frac{H}{2}-R_u-h\right){\sin }^2{\alpha }_1\tan \beta \right]}^2\left[h_1-\left(\frac{H}{2}-R_u-h\right){\sin }^2{\alpha }_1\right]\\ -2{\mathrm{\pi R}}_u{\left(\frac{H}{2}-R_u-h\right)}^2{\left({\mathrm{sin\alpha }}_1{\mathrm{cos\alpha }}_1+{\sin }^2{\alpha }_1\tan \beta \right)}^2\end{array}$其中，D为环件外径，d₂为斜内孔小内径，H为轴向高度，h为凹槽外沿与环件上下端面之间尺寸，h₁为凹槽外沿高度，R_u为凹槽圆弧半径，α₁、α₂为凹槽上、下内壁与水平面夹角，β为斜内孔壁与环件轴向夹角；辗扩变形前后轴向高度尺寸不变，即毛坯高度H₀＝H，毛坯内径d₀＝d_u/λ，毛坯外径(3)辗扩孔型设计：根据毛坯和环件的尺寸结构、截面形状及辗扩变形条件，设计驱动辊和芯辊的工作面型腔尺寸；驱动辊为主轧辊，其工作面型腔与凹槽环件截面形状对应，芯辊工作面设计为中部带外台阶形状，辗扩变形过程采用闭式孔型，芯辊外台阶沿环坯径向不断将其压入驱动辊工作面型腔；驱动辊与芯辊的工作面半径应满足：(1/R_M1+1/R_I)≤1.75θ/H₀，R_M1为驱动辊最大型腔位置半径，R_I为芯辊外台阶半径，θ＝tan^‑1μ为摩擦角，μ为摩擦系数，取值范围为0.5～0.7，R_M1、R_I根据总进给量Δh＝[(D₀‑d₀)‑(D‑d_u)]/2并结合与辗扩过程咬入条件和锻透条件的关系确定；芯辊外台阶高度与驱动辊工作面型腔高度一致，工作面型腔高度H_M＝H₀+6～10mm，且为了提高辗扩时金属的流动性，设计型腔上、下内壁与水平面夹角γ为0°～6°；(4)确定辗扩工艺参数，包括驱动辊转速、芯辊进给速度、初始辗扩温度以及辗扩终了温度，辗扩过程中驱动辊转速采用28.3～30.6r/min，芯辊进给速度采用不同的规范，咬入阶段进给速度由0mm/s增加到1.5mm/s，逐渐咬入形成凹槽轮廓，完成凹槽部位成形总量的30％；稳定辗扩阶段由1.5mm/s增加到2.0mm/s，快速辗扩得到凹槽完整形状，凹槽部位成形达到90％；精确校圆、整形阶段由2.0mm/s减小到0.5mm/s，对凹槽和斜内孔尺寸进行校整；根据锻造温度范围确定初始辗扩温度为1100～1150℃，并控制辗扩终了温度在870～900℃；(5)辗扩成形：根据上述设计参数，在闭式辗环机上经过连续多道次变形使环坯直径不断扩大、斜内孔和凹槽截面辗扩成形。