专利名称：一种确定环件径轴向轧制稳定成形域的方法
技术领域：
本发明属于环件轧制成形加工领域，具体涉及一种确定环件径轴向轧制稳定成形 域的方法，以实现轧制过程的稳定成形。
背景技术：
环件径轴向轧制是一个多参数交互作用下的复杂动态成形系统，存在复杂的接触 与碰撞，因而成形过程的成功建立及稳定成形，是环件径轴向轧制工艺优化设计与过程稳 健控制的基础和关键。因此，研究确定环件径轴向轧制稳定成形域的方法，通过建立该成形 过程各工艺参数之间应满足的函数关系、确定关键工艺参数的取值范围，进而获得该成形 过程的稳定成形域，是实现该成形过程优化设计与稳健控制、获得优质环件产品必须解决 的首要关键问题。然而，目前由于环件径轴向轧制多参数交互作用与复杂动态成形的特点， 使得该成形过程的成功建立与稳定成形，仍依赖于经验与试凑法来实现，缺乏科学的方法 与指导依据，导致该成形过程的设计周期长、成本高、产品质量难以保证。华林等提出了纯 径向环件轧制过程稳定成形条件，包括咬入条件、锻透条件等(华林，黄兴高，朱春东.环件 轧制理论和技术[M].北京机械工业出版社，2001)，为本发明提供了重要参考，但仅适用 于纯径向环件轧制而不适用于径轴向环件轧制。
发明内容
为解决环件径轴向轧制过程的成功建立并实现稳定成形的问题，本发明提出了一 种确定环件径轴向轧制稳定成形域的方法，通过建立该成形过程各工艺参数之间应满足的 函数关系、确定关键工艺参数的取值范围，获得该成形过程的稳定成形域。为实现上述目的，本发明提出的确定环件径轴向轧制稳定成形域的方法，包括如 下步骤步骤一，建立环件径轴向轧制各工艺参数之间的函数关系。所述的各工艺参数包 括芯辊进给速度Vf、环坯长大速度VD、驱动辊转速Ii1、锥辊进给速度Va、锥辊转速na、锥辊 的后撤速度vw。所述各工艺参数之间的函数关系由式(25)确定
权利要求
一种确定环件径轴向轧制稳定成形域的方法，其特征在于，所述的确定环件径轴向轧制稳定成形域的方法包括以下步骤步骤一，建立环件径轴向轧制各工艺参数之间的函数关系。所述的各工艺参数包括芯辊进给速度vf、环坯长大速度vD、驱动辊转速n1、锥辊进给速度va、锥辊转速na、锥辊的后撤速度vw。所述各工艺参数之间的函数关系由式(25)确定以上各式中，D0，d0，h0，b0分别为环坯的外径、内径、高度和壁厚；Df，df，hf，bf分别为最终环件的外径、内径、高度和壁厚；R0＝d0/2，为环坯的外半径；D，d，b，h分别为环坯的瞬时外径、瞬时内径、瞬时壁厚和瞬时高度；vf，vD，n1，va，na，vw分别为芯辊进给速度、环坯长大速度、驱动辊转速、锥辊进给速度、锥辊转速和锥辊的后撤速度；R1，θ分别为驱动辊半径、锥辊与环坯接触位置处的锥辊半径和锥辊的半锥角；T为完成整个轧制过程所需的总时间；为轧制过程芯辊进给速度vf的平均值；vfi为芯辊第i转时刻芯辊进给速度；bi为第i转时刻环坯的瞬时壁厚；s为锥顶坯心距；Δb，Δbtotal分别为每转进给量和环件总的壁厚减小量；α为变形前后截面顶点连线与图2中坐标系正x方向的夹角，tgα为径轴向变形量分配比；n完成整个轧制过程所需要的转数。步骤二，确定环件径轴向轧制中芯辊进给速度vf的取值范围、锥辊进给速度va的取值范围、以及环坯长大速度vD的取值范围芯辊进给速度vf的取值范围由式(30)确定2ΔbminR1n1/D0≤vf≤2ΔbmaxR1n1/Df(30)锥辊进给速度va的取值范围由式(31)确定2ΔbminR1n1tgα/D0≤va≤2ΔbmaxR1n1tgα/Df(31)环坯长大速度vD的取值范围由式(32)确定 <mrow><msub> <mi>v</mi> <mrow><mi>D</mi><mi>min</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>Δ</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>min</mi></msub><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>n</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>D</mi><mi>f</mi> 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</mrow>以上各式中，D0，Df，D分别为环坯外径、最终环件外径和环坯瞬时外径；R0，r0分别为环坯外半径和内半径；vf，vD，n1，va，分别为芯辊进给速度、环坯长大速度、驱动辊转速、锥辊进给速度；Δb，Δbmin，Δbmax，Δbtotal分别为芯辊每转进给量、环坯变形区被锻透所需的最小每转进给量、环坯能够咬入孔型所允许的最大每转进给量、以及环件总的壁厚减小量；R1，R2分别为驱动辊半径和芯辊半径；μ为接触摩擦系数；tgα为径轴向变形量分配比；vDmin，vDmax分别为环坯长大速度vD的最小值和最大值。步骤三，确定环件径轴向轧制稳定成形域，具体过程如下第一步，获取环件总的壁厚减小量Δbtotal和每转时刻的一系列环坯瞬时壁厚bi；设定完成一个完整的环件径轴向轧制过程的转数n，获取最终环件尺寸Df*df*hf*bf、环坯尺寸D0*d0*h0*b0，则由式(4)Δbtotal＝b0 bf(4)得到环件总的壁厚减小量Δbtotal，进而由式(21)bi＝bi 1 Δbtotal/n，(i＝1，2，3，…，n)(21)得到每转时刻的一系列环坯瞬时壁厚bi的值；第二步，获取芯辊进给速度vf的取值范围、锥辊进给速度va的取值范围及环坯长大速度vD的取值范围；根据获取的环件及环坯尺寸，由式(8)tgα＝(h0 hf)/(b0 bf)(8)得到tgα的值；获取驱动辊转速n1、驱动辊及芯辊半径R1和R2、锥辊半锥角θ、锥顶坯心距s；选取摩擦系数μ；则由式(16) <mrow><msub> <mi>R</mi> <msub><mi>a</mi><mn>1</mn> </msub></msub><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>R</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mi>θ</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>16</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>得到锥辊在与环坯接触位置处的锥辊半径再根据式(27) <mrow><mi>Δ</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>min</mi></msub><mo>=</mo><mn>6.55</mn><mo>×</mo><msup> <mn>10</mn> <mrow><mo>-</mo><mn>3</mn> </mrow></msup><msup> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>r</mi> <mn>0</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mn>1</mn><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac><mn>1</mn><msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn></msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac><mn>1</mn><msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn></msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac><mn>1</mn><msub> <mi>r</mi> <mn>0</mn></msub> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>27</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>和式(28) <mrow><mi>Δ</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>max</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>arctan</mi><mi>u</mi><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub> </mrow> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub><mi>R</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>/</mo> <msub><mi>R</mi><mn>2</mn> </msub> 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全文摘要
一种确定环件径轴向轧制稳定成形域的方法。首先，建立环件径轴向轧制各工艺参数即芯辊进给速度vf、环坯长大速度vD、驱动辊转速n1、锥辊进给速度va、锥辊转速na、锥辊的后撤速度vw之间的数学函数关系；其次，确定关键工艺参数即芯辊进给速度vf、锥辊进给速度va、以及环坯长大速度vD的取值范围；最后，获得环件径轴向轧制的稳定成形域。本发明为环件径轴向轧制过程的优化设计与精确控制提供了重要依据，缩短了生产周期，降低了成本，为获得合格产品质量提供了重要保证。
文档编号B21H1/06GK101972778SQ201010277960
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者杨合, 郭良刚 申请人:西北工业大学