一种确定圆锥台截面环件径向辗扩毛坯尺寸的方法,申请号CN201310193354.8-传众专利搜索

发明名称	一种确定圆锥台截面环件径向辗扩毛坯尺寸的方法
摘要	一种确定圆锥台截面环件径向辗扩毛坯尺寸的方法，其步骤是：首先，确定圆锥台截面毛坯几何尺寸和辗扩比<img file="2013101933548100004DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="12" he="14" />取值范围的计算公式，并获取圆锥台截面环件的几何尺寸以及芯辊的几何尺寸；其次，根据获取的圆锥台截面环件的几何尺寸，计算出圆锥台截面环件的体积<img file="758551DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="17" he="17" />、径向截面面积<img file="2013101933548100004DEST_PATH_IMAGE003.GIF" wi="16" he="18" />和锥形角<img file="627937DEST_PATH_IMAGE004.GIF" wi="12" he="11" />，并结合芯辊的小端台阶部分外半径<img file="DEST_PATH_IMAGE005.GIF" wi="26" he="19" />计算出辗扩比<img file="530034DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="10" he="14" />的取值范围；最后，根据所选取的辗扩比<img file="10694DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="11" he="14" />计算确定出圆锥台截面毛坯的几何尺寸。本发明针对同一圆锥台截面环件径向辗扩，能够设计出一系列基于不同辗扩比<img file="568714DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="11" he="14" />的圆锥台截面毛坯，有效提高了圆锥台截面环件径向辗扩毛坯设计的效率和精度，缩短了生产周期，降低了生产成本。本发明适用于圆锥台截面环件的闭式径向辗扩过程。
申请公布号	CN103230993A	申请公布日期	2013.08.07
申请号	CN201310193354.8	申请日期	2013.05.23
申请人	西安石油大学	发明人	李兰云;李霄;刘静;何志;连倩
分类号	B21H1/06(2006.01)I	主分类号	B21H1/06(2006.01)I
代理机构	西安西达专利代理有限责任公司 61202	代理人	第五思军
主权项	1.一种确定圆锥台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，确定圆锥台截面环件径向辗扩过程中的初始毛坯为圆锥台截面毛坯；步骤二，确定圆锥台截面毛坯尺寸的计算公式，圆锥台截面毛坯的几何尺寸包括毛坯的径向壁厚<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="24" he="25" />、小端台阶部分的内半径<img file="255020DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="22" he="25" />和外半径<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE003.GIF" wi="22" he="25" />、大端台阶部分的内半径<img file="11624DEST_PATH_IMAGE004.GIF" wi="28" he="25" />和外半径<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE005.GIF" wi="28" he="25" />、轴向高度<img file="741813DEST_PATH_IMAGE006.GIF" wi="26" he="25" />以及小端台阶部分的轴向高度<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE007.GIF" wi="33" he="25" />，锥形部分的轴向高度<img file="521550DEST_PATH_IMAGE008.GIF" wi="34" he="25" />和大端台阶部分的轴向高度<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE009.GIF" wi="33" he="25" />；根据塑性成形中的体积不变原理，有<img file="979077DEST_PATH_IMAGE010.GIF" wi="52" he="25" />(1)根据辗扩比为辗扩前毛坯径向截面面积与辗扩后环件径向截面面积之比的定义，有<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE011.GIF" wi="50" he="46" />(2)由圆锥台截面毛坯的结构可知：<img file="606498DEST_PATH_IMAGE012.GIF" wi="392" he="46" />(3)<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE013.GIF" wi="554" he="39" />(4)同时还可以得到<img file="428961DEST_PATH_IMAGE014.GIF" wi="89" he="25" />(5)<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE015.GIF" wi="100" he="25" />(6)<img file="758311DEST_PATH_IMAGE016.GIF" wi="130" he="25" />(7)<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE017.GIF" wi="129" he="25" />(8)<img file="761471DEST_PATH_IMAGE018.GIF" wi="157" he="25" />(9)将式(2)、式(5)、式(6)和式(9)代入式(3)中可得<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE019.GIF" wi="73" he="46" />(10)将式(1)和式(5)~式(9)代入式(4)中可得<img file="430350DEST_PATH_IMAGE020.GIF" wi="300" he="46" />(11)将式(10)代入式(11)中可得<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE021.GIF" wi="310" he="46" />(12)由于选用的成形方式为闭式径向辗扩，故有<img file="486031DEST_PATH_IMAGE022.GIF" wi="78" he="25" />(13)<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE023.GIF" wi="81" he="25" />(14)<img file="53409DEST_PATH_IMAGE024.GIF" wi="76" he="25" />(15)<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE025.GIF" wi="62" he="25" />(16)将式(13)~式(16)代入式(10)和式(12)有<img file="790421DEST_PATH_IMAGE026.GIF" wi="73" he="46" />(17)<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE027.GIF" wi="310" he="46" />(18)按式(17)计算出<img file="376123DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="24" he="25" />和按式(18)计算出<img file="619017DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="22" he="25" />后，则有<img file="860642DEST_PATH_IMAGE028.GIF" wi="89" he="25" />(19)<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE029.GIF" wi="130" he="25" />(20)<img file="198083DEST_PATH_IMAGE030.GIF" wi="164" he="25" />(21)在式(1)~式(21)中，<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE031.GIF" wi="16" he="20" />为辗扩比；<img file="841554DEST_PATH_IMAGE032.GIF" wi="17" he="16" />为锥形角；<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE033.GIF" wi="20" he="25" />、<img file="989770DEST_PATH_IMAGE034.GIF" wi="21" he="25" />、<img file="718691DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="24" he="25" />、<img file="859823DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="22" he="25" />、<img file="357800DEST_PATH_IMAGE003.GIF" wi="22" he="25" />、<img file="939566DEST_PATH_IMAGE004.GIF" wi="28" he="25" />、<img file="890205DEST_PATH_IMAGE005.GIF" wi="28" he="25" />、<img file="772710DEST_PATH_IMAGE006.GIF" wi="26" he="25" />、<img file="187511DEST_PATH_IMAGE007.GIF" wi="33" he="25" />、<img file="130059DEST_PATH_IMAGE008.GIF" wi="34" he="25" />和<img file="567994DEST_PATH_IMAGE009.GIF" wi="33" he="25" />分别为辗扩前圆锥台截面毛坯的体积、径向截面面积、径向壁厚、小端台阶部分的内半径、小端台阶部分的外半径、大端台阶部分的内半径、大端台阶部分的外半径、轴向高度、小端台阶部分的轴向高度、锥形部分的轴向高度和大端台阶部分的轴向高度；<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE035.GIF" wi="20" he="25" />、<img file="801660DEST_PATH_IMAGE036.GIF" wi="21" he="25" />、<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE037.GIF" wi="26" he="25" />、<img file="336547DEST_PATH_IMAGE038.GIF" wi="33" he="25" />、<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE039.GIF" wi="34" he="25" />和<img file="449996DEST_PATH_IMAGE040.GIF" wi="33" he="25" />分别为辗扩后圆锥台截面环件的体积、径向截面面积、径向壁厚、轴向高度、小端台阶部分的轴向高度、锥形部分的轴向高度和大端台阶部分的轴向高度；因此，圆锥台截面毛坯的径向壁厚<img file="188276DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="24" he="25" />、小端台阶部分的内半径<img file="412584DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="22" he="25" />和外半径<img file="536398DEST_PATH_IMAGE003.GIF" wi="22" he="25" />、大端台阶部分的内半径<img file="820749DEST_PATH_IMAGE004.GIF" wi="28" he="25" />和外半径<img file="233276DEST_PATH_IMAGE005.GIF" wi="28" he="25" />分别按式(17)、式(18)、式(19)、式(20)和式(21)进行确定，毛坯的轴向高度<img file="74324DEST_PATH_IMAGE006.GIF" wi="26" he="25" />以及小端台阶部分的轴向高度<img file="255907DEST_PATH_IMAGE007.GIF" wi="33" he="25" />，锥形部分的轴向高度<img file="445579DEST_PATH_IMAGE008.GIF" wi="34" he="25" />和大端台阶部分的轴向高度<img file="407719DEST_PATH_IMAGE009.GIF" wi="33" he="25" />分别按式(13)、式(14)、式(15)和式(16)进行确定；步骤三，确定辗扩比<img file="973830DEST_PATH_IMAGE031.GIF" wi="16" he="20" />取值范围的计算公式，根据环件径向辗扩成形原理，为使整个圆锥台截面环件径向辗扩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：辗扩比必须大于1，即：<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE041.GIF" wi="37" he="20" />(22)条件2：在环件径向辗扩过程中，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，且毛坯的半径应分别小于环件的半径，即：<img file="91477DEST_PATH_IMAGE042.GIF" wi="58" he="25" />(23)<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE043.GIF" wi="56" he="25" />(24)<img file="452051DEST_PATH_IMAGE044.GIF" wi="56" he="25" />(25)<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE045.GIF" wi="66" he="25" />(26)<img file="901487DEST_PATH_IMAGE046.GIF" wi="66" he="25" />(27)条件3：毛坯的半径必须大于芯辊的半径，这样才能保证将芯辊放入毛坯内，即：<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE047.GIF" wi="64" he="25" />(28)<img file="84338DEST_PATH_IMAGE048.GIF" wi="68" he="25" />(29)在式(23)~式(29)中，<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE049.GIF" wi="25" he="24" />、<img file="974934DEST_PATH_IMAGE050.GIF" wi="22" he="25" />、<img file="DEST_PATH_IMAGE051.GIF" wi="22" he="25" />、<img file="834305DEST_PATH_IMAGE052.GIF" wi="28" he="25" />和<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE053.GIF" wi="28" he="25" />分别为辗扩后圆锥台截面环件的径向壁厚、小端台阶部分的内半径、小端台阶部分的外半径、大端台阶部分的内半径和大端台阶部分的外半径；<img file="256190DEST_PATH_IMAGE054.GIF" wi="29" he="25" />和<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE055.GIF" wi="29" he="25" />分别为芯辊大端台阶部分的外半径和小端台阶部分的外半径；下面依次考虑上述条件：1）、将式(17)带入式(23)有<img file="429683DEST_PATH_IMAGE056.GIF" wi="72" he="46" />(30)变形后为<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE057.GIF" wi="82" he="46" />(31)由圆锥台截面环件结构可知<img file="502681DEST_PATH_IMAGE058.GIF" wi="85" he="25" />，故式(31)变为<img file="470637DEST_PATH_IMAGE041.GIF" wi="37" he="20" />，这说明只要满足了式(22)则式(23)也就自动满足了，2）、令<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE059.GIF" wi="62" he="46" />(32)<img file="379818DEST_PATH_IMAGE060.GIF" wi="65" he="46" />(33)<img file="2013101933548100001DEST_PATH_IMAGE061.GIF" wi="184" he="46" />(34)则式(18)变为<img file="153739DEST_PATH_IMAGE062.GIF" wi="113" he="42" />. (35)将式(35)代入到式(24)中有<img file="DEST_PATH_IMAGE063.GIF" wi="110" he="42" />(36)变形有<img file="18927DEST_PATH_IMAGE064.GIF" wi="160" he="26" />(37)因为<img file="DEST_PATH_IMAGE065.GIF" wi="50" he="22" />均大于0，所以<img file="967904DEST_PATH_IMAGE066.GIF" wi="172" he="26" />总是成立的，故由式(37)可得：<img file="DEST_PATH_IMAGE067.GIF" wi="229" he="49" />(38)3）、将式(17)和式(18)代入式(19)中有<img file="613649DEST_PATH_IMAGE068.GIF" wi="312" he="46" />(39)将式(32)~式(34)代入到式(39)中有<img file="DEST_PATH_IMAGE069.GIF" wi="113" he="42" />. (40)将式(40)代入到式(25)中有<img file="863365DEST_PATH_IMAGE070.GIF" wi="110" he="42" />(41)变形有<img file="DEST_PATH_IMAGE071.GIF" wi="160" he="26" />(42)因为<img file="661688DEST_PATH_IMAGE072.GIF" wi="148" he="26" />，故当<img file="DEST_PATH_IMAGE073.GIF" wi="134" he="26" />时可由式(42)得：<img file="33763DEST_PATH_IMAGE074.GIF" wi="422" he="49" />(43)4）、由初始的圆锥台截面毛坯和最终的圆锥台截面环件的结构可知<img file="DEST_PATH_IMAGE075.GIF" wi="130" he="25" />(44)<img file="104487DEST_PATH_IMAGE076.GIF" wi="130" he="25" />(45)结合式(14)可知：只要式(24)的<img file="970943DEST_PATH_IMAGE043.GIF" wi="56" he="25" />满足时，式(26)中的<img file="810723DEST_PATH_IMAGE045.GIF" wi="66" he="25" />也就自动满足了，5）、由初始的圆锥台截面毛坯和最终的圆锥台截面环件的结构可知<img file="DEST_PATH_IMAGE077.GIF" wi="129" he="25" />(46)<img file="353700DEST_PATH_IMAGE078.GIF" wi="129" he="25" />(47)结合式(14)可知：只要式(25)的<img file="646141DEST_PATH_IMAGE044.GIF" wi="56" he="25" />满足时，式(27)中的<img file="503239DEST_PATH_IMAGE046.GIF" wi="66" he="25" />也就自动满足了，6）、将式(35)代入式(28)中有<img file="DEST_PATH_IMAGE079.GIF" wi="118" he="42" />(48)变形后有<img file="10575DEST_PATH_IMAGE080.GIF" wi="166" he="26" />(49)因为<img file="DEST_PATH_IMAGE081.GIF" wi="180" he="26" />总是成立的，同时考虑到<img file="724453DEST_PATH_IMAGE082.GIF" wi="40" he="20" />，故由式(49)可得：<img file="DEST_PATH_IMAGE083.GIF" wi="266" he="49" />(50)7）、由圆锥台截面环件径向辗扩中芯辊结构有<img file="597467DEST_PATH_IMAGE084.GIF" wi="138" he="25" />(51)结合式(34)中的<img file="992676DEST_PATH_IMAGE075.GIF" wi="130" he="25" />和式(14)中的<img file="603786DEST_PATH_IMAGE023.GIF" wi="81" he="25" />可知：只要式(28)的<img file="691828DEST_PATH_IMAGE047.GIF" wi="64" he="25" />满足时，式(29)中的<img file="958861DEST_PATH_IMAGE048.GIF" wi="68" he="25" />也就自动满足了，同时还由圆锥台截面环件径向辗扩中芯辊结构看出，必须满足：<img file="DEST_PATH_IMAGE085.GIF" wi="145" he="25" />(52)根据上述定义，还可以推导得出：<img file="970810DEST_PATH_IMAGE086.GIF" wi="225" he="49" />(53)<img file="DEST_PATH_IMAGE087.GIF" wi="214" he="49" />(54)综合可知，在保证<img file="436427DEST_PATH_IMAGE088.GIF" wi="134" he="26" />条件下，则对圆锥台截面环件径向辗扩有<img file="DEST_PATH_IMAGE089.GIF" wi="501" he="60" />(55)步骤四，获得最终圆锥台截面环件的几何尺寸；圆锥台截面环件的几何尺寸包括环件的小端台阶部分的内半径<img file="508419DEST_PATH_IMAGE050.GIF" wi="22" he="25" />和外半径<img file="262749DEST_PATH_IMAGE051.GIF" wi="22" he="25" />、大端台阶部分的内半径<img file="999760DEST_PATH_IMAGE052.GIF" wi="28" he="25" />和外半径<img file="585463DEST_PATH_IMAGE053.GIF" wi="28" he="25" />、径向壁厚<img file="15307DEST_PATH_IMAGE090.GIF" wi="24" he="25" />、轴向高度<img file="991353DEST_PATH_IMAGE037.GIF" wi="26" he="25" />以及小端台阶部分的轴向高度<img file="345105DEST_PATH_IMAGE038.GIF" wi="33" he="25" />，锥形部分的轴向高度<img file="988576DEST_PATH_IMAGE039.GIF" wi="34" he="25" />和大端台阶部分的轴向高度<img file="323743DEST_PATH_IMAGE040.GIF" wi="33" he="25" />；当知道环件的小端台阶部分的内半径<img file="114981DEST_PATH_IMAGE050.GIF" wi="22" he="25" />、大端台阶部分的内半径<img file="193795DEST_PATH_IMAGE052.GIF" wi="28" he="25" />和锥形部分的轴向高度<img file="691773DEST_PATH_IMAGE039.GIF" wi="34" he="25" />后（或者是小端台阶部分的外半径<img file="7960DEST_PATH_IMAGE051.GIF" wi="22" he="25" />、大端台阶部分的外半径<img file="224178DEST_PATH_IMAGE053.GIF" wi="28" he="25" />和锥形部分的轴向高度<img file="169000DEST_PATH_IMAGE039.GIF" wi="34" he="25" />后），则锥形角<img file="521484DEST_PATH_IMAGE032.GIF" wi="17" he="16" />为<img file="DEST_PATH_IMAGE091.GIF" wi="256" he="46" />(56)步骤五，测量获得芯辊小端台阶部分的外半径<img file="277082DEST_PATH_IMAGE055.GIF" wi="29" he="25" />；步骤六，计算确定圆锥台截面环件的体积<img file="715016DEST_PATH_IMAGE035.GIF" wi="20" he="25" />，根据给定的圆锥台截面环件的几何尺寸则其体积<img file="197950DEST_PATH_IMAGE035.GIF" wi="20" he="25" />按式(57)进行计算：<img file="670520DEST_PATH_IMAGE092.GIF" wi="554" he="40" />(57)步骤七，计算确定圆锥台截面环件的径向截面面积<img file="331439DEST_PATH_IMAGE036.GIF" wi="21" he="25" />，根据给定的圆锥台截面环件的几何尺寸则其径向截面面积<img file="256670DEST_PATH_IMAGE036.GIF" wi="21" he="25" />按式(58)进行计算：<img file="DEST_PATH_IMAGE093.GIF" wi="453" he="46" />(58)步骤八，计算确定出辗扩比<img file="543295DEST_PATH_IMAGE031.GIF" wi="16" he="20" />取值范围，将圆锥台截面环件的几何尺寸、体积<img file="870371DEST_PATH_IMAGE035.GIF" wi="20" he="25" />和径向截面面积<img file="154722DEST_PATH_IMAGE036.GIF" wi="21" he="25" />代入式(55)计算得到辗扩比<img file="380298DEST_PATH_IMAGE031.GIF" wi="16" he="20" />的取值范围；步骤九，在所计算出的辗扩比<img file="142718DEST_PATH_IMAGE031.GIF" wi="16" he="20" />取值范围内选取<img file="324300DEST_PATH_IMAGE031.GIF" wi="16" he="20" />值；步骤十，计算确定圆锥台截面毛坯的几何尺寸，由圆锥台截面环件的几何尺寸先按式(13)、式(14)、式(15)和式(16)确定出毛坯的轴向高度<img file="841869DEST_PATH_IMAGE006.GIF" wi="26" he="25" />以及小端台阶部分的轴向高度<img file="741692DEST_PATH_IMAGE007.GIF" wi="33" he="25" />，锥形部分的轴向高度<img file="307803DEST_PATH_IMAGE008.GIF" wi="34" he="25" />和大端台阶部分的轴向高度<img file="159871DEST_PATH_IMAGE009.GIF" wi="33" he="25" />，再结合所选取的辗扩比<img file="661390DEST_PATH_IMAGE031.GIF" wi="16" he="20" />值分别按式(17)和式(18)计算出毛坯的径向壁厚<img file="48509DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="24" he="25" />和小端台阶部分的内半径<img file="215049DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="22" he="25" />，最后分别按式(19)、式(20)和式(21)计算出毛坯的小端台阶部分的内半径<img file="371223DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="22" he="25" />以及大端台阶部分的内半径<img file="981327DEST_PATH_IMAGE004.GIF" wi="28" he="25" />和外半径<img file="590163DEST_PATH_IMAGE005.GIF" wi="28" he="25" />。
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