| 发明名称 | 一种确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法 | ||
| 摘要 | 一种确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法，其步骤是：首先，确定出初始的矩形毛坯几何尺寸和辗扩比<img file="2013101933355100004DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="16" he="16" />取值范围的计算公式，并获取双沟球截面环件的几何尺寸以及芯辊的外半径<img file="667568DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="25" he="25" />；其次，根据获取的双沟球截面环件的几何尺寸计算出双沟球截面环件的体积<img file="DEST_PATH_IMAGE003.GIF" wi="20" he="24" />和径向截面面积<img file="695566DEST_PATH_IMAGE004.GIF" wi="21" he="24" />，并结合芯辊的外半径<img file="64100DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="25" he="25" />计算出辗扩比<img file="519352DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="16" he="16" />的取值范围；最后，根据所选取的辗扩比<img file="153596DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="16" he="16" />计算确定出矩形毛坯的几何尺寸。本发明针对同一双沟球截面环件冷辗扩能够设计出一系列基于不同辗扩比<img file="657389DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="16" he="16" />的矩形毛坯，有效提高了双沟球截面环件冷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。本发明适用于双内沟球截面环件和双外沟球截面环件这两类双沟球截面环件的闭式冷辗扩过程。 | ||
| 申请公布号 | CN103230991A | 申请公布日期 | 2013.08.07 |
| 申请号 | CN201310193335.5 | 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;焦菲 |
| 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 | 1.一种确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，确定双沟球截面环件冷辗扩成形过程的初始毛坯为矩形毛坯；步骤二，确定矩形毛坯几何尺寸的计算公式，矩形毛坯的几何尺寸包括毛坯的外半径<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="22" he="25" />、内半径<img file="966504DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="17" he="25" />、径向壁厚<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE003.GIF" wi="24" he="25" />和轴向高度<img file="779608DEST_PATH_IMAGE004.GIF" wi="26" he="25" />；根据塑性成形中的体积不变原理，有<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE005.GIF" wi="52" he="25" />(1)同时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="838831DEST_PATH_IMAGE006.GIF" wi="50" he="46" />(2)由初始的矩形毛坯的结构可知<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE007.GIF" wi="122" he="25" />(3)<img file="834731DEST_PATH_IMAGE008.GIF" wi="125" he="26" />(4)将式(3)和式(4)代入式(1)和式(2)，并联立式(1)和式(2)可得<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE009.GIF" wi="122" he="46" />(5)<img file="990906DEST_PATH_IMAGE010.GIF" wi="117" he="46" />(6)同时，由初始的矩形毛坯的结构还可知<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE011.GIF" wi="84" he="25" />(7)将式(5)和式(6)代入式(7)后有<img file="974911DEST_PATH_IMAGE012.GIF" wi="73" he="46" />(8)由于选用的成形方式为闭式冷辗扩，故有<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE013.GIF" wi="62" he="25" />(9)将式(9)代入式(5)、式(6)和式(8)中有<img file="521430DEST_PATH_IMAGE014.GIF" wi="122" he="46" />(10)<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE015.GIF" wi="117" he="46" />(11)<img file="120688DEST_PATH_IMAGE016.GIF" wi="73" he="46" />(12)在式(1)~式(12)中，<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE017.GIF" wi="16" he="20" />为辗扩比；<img file="131370DEST_PATH_IMAGE018.GIF" wi="20" he="25" />、<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE019.GIF" wi="21" he="25" />、<img file="37009DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="22" he="25" />、<img file="133141DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="17" he="25" />、<img file="31696DEST_PATH_IMAGE003.GIF" wi="24" he="25" />和<img file="896883DEST_PATH_IMAGE004.GIF" wi="26" he="25" />分别为矩形毛坯的体积、径向截面面积、外半径、内半径、径向壁厚和轴向高度；<img file="35741DEST_PATH_IMAGE020.GIF" wi="20" he="25" />、<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE021.GIF" wi="21" he="25" />和<img file="556852DEST_PATH_IMAGE022.GIF" wi="26" he="25" />分别为双沟球截面环件的体积、径向截面面积和轴向高度；因此，矩形毛坯的外半径<img file="72147DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="22" he="25" />、内半径<img file="480257DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="17" he="25" />、径向壁厚<img file="790015DEST_PATH_IMAGE003.GIF" wi="24" he="25" />和轴向高度<img file="860740DEST_PATH_IMAGE004.GIF" wi="26" he="25" />分别按式(10)、式(11)、式(12)和式(9)进行确定；步骤三，确定辗扩比<img file="851829DEST_PATH_IMAGE017.GIF" wi="16" he="20" />取值范围的计算公式，根据环件冷辗扩成形原理，为使整个双沟球截面环件冷辗扩成形过程能顺利地开展并稳定地进行，需满足如下四项条件：条件1：辗扩比必须大于1，即：<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE023.GIF" wi="37" he="20" />(13)条件2：在环件冷辗扩过程中，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，因此毛坯的径向壁厚应大于环件的径向壁厚，且毛坯的内外半径应分别小于环件的内外半径，即：<img file="691609DEST_PATH_IMAGE024.GIF" wi="58" he="25" />(14)<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE025.GIF" wi="56" he="25" />(15)<img file="359220DEST_PATH_IMAGE026.GIF" wi="45" he="25" />(16)条件3：毛坯的壁厚一般要小于毛坯的内半径，即：<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE027.GIF" wi="52" he="25" />(17)条件4：毛坯的内径必须大于芯辊的外半径<img file="854923DEST_PATH_IMAGE028.GIF" wi="25" he="25" />，这样才能保证将芯辊放入毛坯内，即：<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE029.GIF" wi="54" he="25" />(18)在式(13)~式(17)中，<img file="446442DEST_PATH_IMAGE030.GIF" wi="22" he="25" />、<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE031.GIF" wi="17" he="25" />和<img file="826214DEST_PATH_IMAGE032.GIF" wi="24" he="25" />分别为双沟球截面环件的外半径、内半径和径向壁厚；<img file="743354DEST_PATH_IMAGE028.GIF" wi="25" he="25" />为芯辊的外半径；下面依次考虑上述四个条件：1）、将式(12)代入式(14)有<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE033.GIF" wi="72" he="46" />(19)变形后为<img file="460775DEST_PATH_IMAGE034.GIF" wi="82" he="46" />(20)由双沟球截面环件结构可知<img file="DEST_PATH_IMAGE035.GIF" wi="85" he="25" />(21)故将式(21)代入式(20)后有<img file="42935DEST_PATH_IMAGE036.GIF" wi="169" he="46" />(22)这意味着：在双沟球截面环件冷辗扩中只要式(20)满足了则式(13)也就自动满足了，2）、将式(10)代入式(15)有<img file="DEST_PATH_IMAGE037.GIF" wi="121" he="46" />(23)对其进行变形后有<img file="857307DEST_PATH_IMAGE038.GIF" wi="225" he="26" />(24)由于<img file="DEST_PATH_IMAGE039.GIF" wi="218" he="26" />总是成立的，故有<img file="617453DEST_PATH_IMAGE040.GIF" wi="461" he="53" />.(25)3）、将式(11)代入式(16)有<img file="DEST_PATH_IMAGE041.GIF" wi="116" he="46" />(26)对其进行变形后有<img file="572901DEST_PATH_IMAGE042.GIF" wi="220" he="26" />(27)由于<img file="DEST_PATH_IMAGE043.GIF" wi="214" he="26" />总是成立的，并考虑到<img file="771801DEST_PATH_IMAGE044.GIF" wi="40" he="20" />，故有<img file="DEST_PATH_IMAGE045.GIF" wi="240" he="53" />.(28)4）、将式(11)和式(12)代入式(17)有<img file="378363DEST_PATH_IMAGE046.GIF" wi="136" he="46" />(29)对其进行变形并考虑到<img file="371727DEST_PATH_IMAGE044.GIF" wi="40" he="20" />，从而有<img file="DEST_PATH_IMAGE047.GIF" wi="114" he="52" />(30)5）、将式(11)代入式(18)有<img file="313007DEST_PATH_IMAGE048.GIF" wi="124" he="46" />(31)对其进行变形后有<img file="DEST_PATH_IMAGE049.GIF" wi="228" he="26" />(32)由于<img file="987702DEST_PATH_IMAGE050.GIF" wi="221" he="26" />总是成立的，并考虑到<img file="511087DEST_PATH_IMAGE044.GIF" wi="40" he="20" />，故有<img file="DEST_PATH_IMAGE051.GIF" wi="277" he="53" />(33)另外，还可以计算得出<img file="643996DEST_PATH_IMAGE052.GIF" wi="502" he="53" />(34)<img file="DEST_PATH_IMAGE053.GIF" wi="422" he="53" />(35)综合可知，双沟球截面环件冷辗扩中辗扩比<img file="885621DEST_PATH_IMAGE017.GIF" wi="16" he="20" />取值范围的计算公式为<img file="98428DEST_PATH_IMAGE054.GIF" wi="393" he="54" />(36)步骤四，确定双沟球截面环件的类型及其几何尺寸，双沟球截面环件包括双内沟球截面环件和双外沟球截面环件两类；双沟球截面环件的几何尺寸包括环件的外半径<img file="741899DEST_PATH_IMAGE030.GIF" wi="22" he="25" />、内半径<img file="77065DEST_PATH_IMAGE031.GIF" wi="17" he="25" />、径向壁厚<img file="992937DEST_PATH_IMAGE032.GIF" wi="24" he="25" />和轴向高度<img file="71752DEST_PATH_IMAGE022.GIF" wi="26" he="25" />，以及沟球的半径<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE055.GIF" wi="22" he="25" />、径向宽度<img file="507412DEST_PATH_IMAGE056.GIF" wi="24" he="25" />和轴向高度<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE057.GIF" wi="26" he="25" />；步骤五，测量获得芯辊的外半径<img file="279059DEST_PATH_IMAGE028.GIF" wi="25" he="25" />；步骤六，将双沟球截面环件的几何尺寸代入到式(37)计算出双沟球截面环件的体积<img file="918113DEST_PATH_IMAGE020.GIF" wi="20" he="25" />；<img file="800619DEST_PATH_IMAGE058.GIF" wi="553" he="75" />(37)步骤七，将双沟球截面环件的几何尺寸代入到式(38)计算出双沟球截面环件的径向截面面积<img file="153103DEST_PATH_IMAGE021.GIF" wi="21" he="25" />；<img file="2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE059.GIF" wi="373" he="52" />(38)步骤八，将双沟球截面环件的几何尺寸、体积<img file="33334DEST_PATH_IMAGE020.GIF" wi="20" he="25" />和径向截面面积<img file="658219DEST_PATH_IMAGE021.GIF" wi="21" he="25" />以及芯辊的外半径<img file="78836DEST_PATH_IMAGE028.GIF" wi="25" he="25" />代入到式(36)计算出辗扩比<img file="551406DEST_PATH_IMAGE017.GIF" wi="16" he="20" />的取值范围；步骤九，在所计算出的辗扩比<img file="602538DEST_PATH_IMAGE017.GIF" wi="16" he="20" />取值范围内选取<img file="527769DEST_PATH_IMAGE017.GIF" wi="16" he="20" />值；步骤十，将双沟球截面环件的体积<img file="752077DEST_PATH_IMAGE020.GIF" wi="20" he="25" />、径向截面面积<img file="499060DEST_PATH_IMAGE021.GIF" wi="21" he="25" />和轴向高度<img file="721094DEST_PATH_IMAGE022.GIF" wi="26" he="25" />，以及所选取的辗扩比<img file="133621DEST_PATH_IMAGE017.GIF" wi="16" he="20" />值，分别代入到式(10)、式(11)、式(12)和式(9)中计算出矩形毛坯的外半径<img file="161619DEST_PATH_IMAGE001.GIF" wi="22" he="25" />、内半径<img file="530153DEST_PATH_IMAGE002.GIF" wi="17" he="25" />、径向壁厚<img file="719826DEST_PATH_IMAGE003.GIF" wi="24" he="25" />和轴向高度<img file="619649DEST_PATH_IMAGE004.GIF" wi="26" he="25" />。 | ||
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