一种厚壁深槽环件复合轧制成形工艺

摘要

本发明涉及一种厚壁深槽环件复合轧制成形工艺，其特征在于它包括如下内容：(1)环件毛坯设计：基于体积不变原理，根据环件尺寸和轧制比，确定环件毛坯尺寸；(2)孔型设计：根据环件轧制变形条件和设备结构要求先设计主轧辊和芯辊工作面尺寸，再根据环件毛坯、环件和主轧辊尺寸，确定副轧辊工作面尺寸和位置；(3)成形参数设计：根据环件轧制变形条件和主轧辊尺寸依次设计主轧辊转速、主轧辊进给速度和轧制时间；(4)轧制成形。通过本发明，能够实现厚壁深槽环件复合轧制成形工艺合理设计，保障厚壁深槽环件正常稳定轧制成形，降低轧制废、次品率，以实现双联齿轮、双边法兰、双边支重轮轮体、高压球阀体等机械零件节能节材优质高效成形制造。

主权项

一种厚壁深槽环件复合轧制成形工艺，其特征在于它包括如下步骤：(1)制坯：将棒料段从室温均匀加热到热变形温度，然后将热态的棒料段镦粗、冲孔、冲连皮，并去应力退火，制成轧制用环件毛坯；环件毛坯形状设计为矩形截面，环件毛坯尺寸设计过程如下：a)计算环件体积V V = π 4 [ ( D 1 2 - d 2 ) h 1 + ( D g 2 - d 2 ) h g + ( D 2 2 - d 2 ) h 2 ] D1、Dg、D2、d分别为环件上台阶直径、凹槽直径、下台阶直径和内径，h1、hg、h2分别为环件上台阶高度、凹槽高度和下台阶高度；b)确定轧制比k轧制比k为环件内径与环件毛坯内径之比，即k＝d/d0，其中d0为环件毛坯内径；k取1.2～1.5；c)确定环件毛坯高度h0采用闭式孔型轧制，取环件毛坯高度h0与环件高度h相等，h＝h1+hg+h2；d)确定环件毛坯内径d0和环件毛坯外径D0基于塑性变形体积不变原理，根据轧制比k和环件毛坯高度h0，确定环件毛坯内径d0和外径D0为d0＝d/k， D 0 = ( D 1 2 - d 2 ) h 1 + ( D g 2 - d 2 ) h g + ( D 2 2 - d 2 ) h 2 h 1 + h g + h 2 + d 2 k 2 ; (2)轧制孔型设计厚壁深槽环件复合轧制孔型包括轧制环件轧制阶段和三辊横轧阶段，轧制环件轧制阶段由主轧辊和芯辊构成的孔型，三辊横轧阶段由主轧辊和两个副轧辊构成的孔型；轧制环件轧制阶段和三辊横轧阶段轧制孔型均设计为闭式孔型；主轧辊和两个副轧辊工作面型腔与环件截面形状相对应，芯辊工作面为圆柱面；主轧辊和芯辊尺寸设计如下：a)主轧辊和芯辊工作面尺寸主轧辊和芯辊尺寸设计应满足以下条件①主轧辊和芯辊的工作面半径Rm2和Ri应满足下述公式， 1 R m 2 + 1 R i ≤ 17.5 β H 0 式中，Rm2为主轧辊下型腔面半径，Ri为芯辊工作面半径；β＝arctanμ为摩擦角，μ为摩擦系数，对于钢环件，μ通常取0.3～0.35，H0＝(D0 d0)/2，H0为环件毛坯壁厚；②芯辊工作面直径设计为Ri＝d0/2 3～5mm；③根据轧环机设备结构要求，主轧辊和芯辊的闭合中心距应在轧环机极限闭合中心距范围内；主轧辊和芯辊闭合时的最小型腔宽度不应超过环件的最大壁厚，通常定为 R m 2 + R i + B m 2 + B i = L max + L min 2 , Bm2+Bi＝H2 1～2mm；式中，Lmax和Lmin为轧环机允许的最大和最小闭合中心距；Bm2为主轧辊下型腔宽度，Bi为芯辊型腔宽度；H2＝(D2 d)/2为环件最大壁厚；根据①、②、③条件确定Rm2、Ri、Bm2、Bi后，根据几何关系进一步确定主轧辊上型腔面半径Rm1、凸台面半径Rmg和上型腔宽度Bm1如下Rm1＝Rm2+(D2 D1)/2，Rmg＝Rm2+(D2 Dg)/2，Bm1＝Bm2 (D2 D1)/2根据环件上台阶高度h1、凹槽高度hg和下台阶高度h2可确定主轧辊上型腔高度hm1、凸台高度hmg、下型腔高度hm2以及芯辊型腔高度hi为hm1＝h1+0.3～0.5mm，hmg＝hg，hm2＝h2+0.3～0.5mm，hi＝hm1+hmg+hm2；主轧辊上侧壁高度、下侧壁高度hmu、hmd与芯辊上侧壁高度、下侧壁高度hiu、hid分别相同；b)副轧辊工作面尺寸和位置两个副轧辊设计为一样；副轧辊工作面半径根据设备空间尺寸确定，以保证副轧辊方便安装且不与设备其他部件发生干涉，设计副轧辊凸台面半径为Rpg≈1/3～1/5RmgRpg确定后，根据几何关系可确定副轧辊下型腔面半径Rp2＝Rpg (D2 Dg)/2，副轧辊上型腔面半径Rp1＝Rpg (D1 Dg)/2；副轧辊上型腔宽度Bp1＝Bm1，副轧辊下型腔宽度Bp2＝Bm2，副轧辊上侧壁高度hpu＝hmu，副轧辊下侧壁高度hpd＝hmd，副轧辊上型腔高度hp1＝hm1，副轧辊凸台高度hpg＝hmg，副轧辊下型腔高度hp2＝hm2；当环件毛坯、主轧辊和副轧辊工作面尺寸确定后，通过几何关系作图，可确定左副轧辊、右副轧辊圆心位置，首先根据环件毛坯外径面、环件凹槽面和主轧辊凸台面几何关系作图确定轧制结束时主轧辊圆心位置Om1和厚壁深槽环件圆心位置Or1，Om表示主轧辊初始圆心位置；右副轧辊的凸台面整个轧制过程一直与环件接触，在轧制开始时与环件毛坯外径面接触，在轧制结束时与环件凹槽面接触，则以环件毛坯圆心位置Or为圆心、环件毛坯外半径与右副轧辊凸台面半径之和R0+Rpg为半径作圆；以Or1为圆心、环件凹槽面半径与副轧辊凸台面半径之和Rg+Rpg为半径作圆，两圆交点即为右副轧辊圆心Opr；左副轧辊5凸台面轧制结束时与环件凹槽面接触，确定左副轧辊圆心位置需先确定左副轧辊圆心和环件圆心连线与竖直线夹角θ；θ角为45°～60°；θ角确定后，根据几何关系作图，确定左副轧辊圆心位置Opl；(3)成形参数设计成形参数包括主轧辊转速、主轧辊进给速度、轧制时间，设计如下：a)主轧辊转速nm主轧辊线速度Vm取1.1～1.3m/s；根据主轧辊工作面半径Dmg，计算主轧辊转速为nm＝Vm/2πRmg；b)主轧辊进给速度v主轧辊进给速度按下式设计 v = 0.1 ~ 0.2 β 2 n m R mg 2 30 R 0 ( 1 + R mg R i ) 2 ( 1 + R mg R i + R mg R 0 - R mg r 0 ) 其中，r0＝d0/2、R0＝D0/2分别为环件毛坯内半径、外半径；c)轧制时间轧制过程采用匀速进给，轧制时间T可确定为T＝Δh/v，其中Δh为轧制总进给量，根据几何关系可确定为 Δh = H 0 - D g - d 2 ; (4)环件轧制成形：按上述轧制孔型设计加工主轧辊、芯辊、左副轧辊和右副轧辊，并将主轧辊、芯辊、左副轧辊和右副轧辊安装于轧制设备内，将加工好的环件毛坯放入轧制设备内，按上述轧制参数轧制成环件。