专利名称：径-轴向辗环实验测试装置与实验测试方法
技术领域：
本发明涉及ー种径-轴向辗环实验测试装置与实验测试方法，用于室温环境下进行软金属材料小型环件的轧制，获得轴向轧制力、轴向轧制力矩以及径向轧制力、径向轧制カ矩等カ能參数，为制定大型环件轧制エ艺、环件轧制理论研究创造实验条件。
背景技术：
大型环件轧制是借助径-轴向辗环机使环件产生连续局部塑性变形，进而实现壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工エ艺。该エ艺适用于生产各种形状和尺寸的环形机械零件，如轴承环、齿圈、法兰、轮毂、薄壁筒形件、风电法兰、高颈法兰等各类无缝环形锻件。由于径-轴向轧制技术具有节能、节材、高效、优质等技术经济优点，大幅度降低了高性能大型环件的生产成本，受到各行业的广泛关注。径-轴向辗环机设备体积大，无法直接获取相关カ能參数，只能通过设备的液压系统压カ值及电机的电压值、电流值等參数间接获取。由于液压泄露、摩擦等因素的干扰，会使间接获取的參数存在较大的误差，给研究工作带来诸多影响。同时利用径-轴向辗环机进行实验成本高，实验难度大，无法开展大量的实验研究。对于径-轴向辗环研究较少，不仅是因为径轴向辗环エ艺较径向辗环受力情况复杂，缺少实验设备是限制其深入研究的最大瓶颈。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术的缺点，提供ー种径-轴向辗环实验测试装置与实验测试方法，用于室温环境下进行软金属材料小型环件的轧制，获得轴向轧制力、轴向轧制カ矩以及径向轧制力、径向轧制カ矩等カ能參数，为制定大型环件轧制エ艺、环件轧制理论研究创造实验条件。本发明的目的是通过以下技术方案实现的径-轴向辗环实验测试装置，包括径向轧制机构、轴向轧制机构以及机座，所述的径向轧制机构和轴向轧制机构均活动连接在机座上；所述的径向轧制机构主要包括主辊装置、芯辊装置、两套检测装置I、两套驱动装置I，所述的主辊装置和芯辊装置分别与两套检测装置I相连，所述的两套驱动装置I分别驱动芯辊装置水平运动和主辊装置轴向转动；所述的轴向轧制机构包括上锥辊装置、下锥辊装置、上锥辊滑块装置、三套检测装置II、四套驱动装置II和轴向机构机架，所述的上锥辊装置位于上锥辊滑块装置上，所述的上锥辊滑块装置、下锥辊装置分别与轴向机构机架相连，上锥辊装置、下锥辊装置和上锥辊滑块装置分别与三套检测装置II相连，所述的四套驱动装置II分别驱动上锥辊装置、下锥辊装置做转动，上锥辊滑块装置做垂直运动，轴向机构机架做水平运动。所述的径向轧制机构和轴向轧制机构均通过导轨滑块安装在机座。所述的主辊装置包括主辊和主辊座，所述的主辊安装在主辊座上，主辊座与机座固定连接；所述的两套检测装置I包括扭矩传感器I，压カ传感器I ;所述的两套驱动装置I包括伺服电机I和伺服电机II;所述的伺服电机II通过伺服減速机、联轴器与扭矩传感器I相连；所述的扭矩传感器I通过联轴器与主辊相连；所述的芯辊装置包括芯辊和芯辊支架，所述的芯辊安装于芯辊支架上，芯辊支架通过导轨滑块安装在机座上；所述的芯辊支架通过联轴器、丝杠与伺服电机I相连，所述的伺服电机I驱动芯辊支架做水平运动；所述的丝杠通过丝杠螺母与压カ传感器I相连。所述的三套检测装置II包括扭矩传感器II、扭矩传感器III、压カ传感器II ;所述的四套驱动装置II包括伺服电机III、伺服电机IV、伺服电机V和伺服电机VI;所述的上锥辊滑块通过导轨滑块与轴向机构机架相连，所述的上锥辊滑块通过丝杠在伺服电机III的驱动下垂直运动；所述的丝杠通过丝杠螺母与压カ传感器II相连。 所述的上锥辊装置包括上锥辊，所述的上锥辊通过联轴器连接扭矩传感器I I，所述的扭矩传感器II通过联轴器和伺服減速机与伺服电机IV相连，所述伺服电机IV的驱动上锥棍转动。所述的下锥辊装置包括下锥辊，所述的下锥辊通过联轴器连接扭矩传感器III，所述的扭矩传感器III通过联轴器和伺服減速机与伺服电机V相连，所述的伺服电机V驱动下锥棍转动。所述的伺服电机VI通过联轴器和伺服減速机与丝杠相连，所述的丝杠通过丝杠螺母与轴向机构机架相连。所述的下锥辊装置安装在轴向机架上，不可垂直运动。所述轴向轧制机构通过丝杠在伺服电机的驱动下水平运动。轴向轧制机构产生的轴向轧制力矩通过扭矩传感器得到，轴向轧制力通过丝杠螺母连接的压カ传感器测量得至IJ。径向轧制机构上安装有扭矩传感器和压カ传感器，用于检测轧制过程中产生的径向轧制カ和径向轧制カ矩。轴向轧制机构上安装有扭矩传感器和压カ传感器，用于检测轧制过程中产生的轴向轧制力和轴向轧制カ矩。所述的径向轧制机构轧环的径向轧制カ矩可通过扭矩传感器测量得到，径向轧制机构轧环的径向轧制力通过丝杠螺母连接的压カ传感器测量得到。所述径-轴向辗环的实验测试方法，它的实验步骤为I)制坯用纯铅作为材料，制作实验用的毛坯环件，即铅环；2)安装调整设备芯辊的位置，将铅环套在芯辊上，同时调整上锥辊装置和下锥辊装置的位置，保证铅环端面位于上锥辊、下锥辊之间；3)轧环启动驱动主辊及上锥辊、下锥辊的伺服电机II，伺服电机IV和伺服电机V，使主辊及上锥辊、下锥辊按照预先设定的转速转动；启动伺服电机I，使芯辊水平移动，则产生径向轧制力，芯辊进给量的大小由伺服电机I的转速确定，径向轧制カ的大小可通过压カ传感器I获取，轧环的径向轧制力矩可通过扭矩传感器I測量得到；上锥辊滑块通过丝杠在伺服电机III的驱动下垂直运动，上锥辊滑块下移产生轴向轧制力，其大小可通过压カ传感器II获取，轧环时轴向轧制机构产生的轴向轧制カ矩通过扭矩传感器II、扭矩传感器III得到；整体轴向轧制机构随环件的增大而后退，保证上、下锥辊与环件始終接触，确保环件顺利轧制；4)轧制カ计算将实验中获取的力能參数带入下面的公式中，则可获得实际轧制过程中的轧制カ大小。
权利要求
1.径-轴向辗环实验测试装置，包括径向轧制机构、轴向轧制机构以及机座，所述的径向轧制机构和轴向轧制机构均活动连接在机座上；所述的径向轧制机构主要包括主辊装置、芯辊装置、两套检测装置I、两套驱动装置I，所述的主辊装置和芯辊装置分别与两套检测装置I相连，所述的两套驱动装置I分别驱动芯辊装置水平运动和主辊装置轴向转动；所述的轴向轧制机构包括上锥辊装置、下锥辊装置、上锥辊滑块装置、三套检测装置II、四套驱动装置II和轴向机构机架，所述的上锥辊装置位于上锥辊滑块装置上，所述的上锥辊滑块装置、下锥辊装置分别与轴向机构机架相连，上锥辊装置、下锥辊装置和上锥辊滑块装置分别与三套检测装置II相连，所述的四套驱动装置II分别驱动上锥辊装置、下锥辊装置做转动，上锥辊滑块装置做垂直运动，轴向机构机架做水平运动。
2.如权利要求I所述的径-轴向辗环实验测试装置，其特征在于所述的径向轧制机构和轴向轧制机构均通过导轨滑块安装在机座。
3.如权利要求I所述的径-轴向辗环实验测试装置，其特征在于所述的主辊装置包括主辊和主辊座，所述的主辊安装在主辊座上，主辊座与机座固定连接；所述的两套检测装 置I包括扭矩传感器I，压力传感器I ;所述的两套驱动装置I包括伺服电机I和伺服电机II ;所述的伺服电机II通过伺服减速机、联轴器与扭矩传感器I相连；所述的扭矩传感器I通过联轴器与主辊相连。
4.如权利要求3所述的径-轴向辗环实验测试装置，其特征在于所述的芯辊装置包括芯辊和芯辊支架，所述的芯辊安装于芯辊支架上，芯辊支架通过导轨滑块安装在机座上；所述的芯辊支架通过联轴器、丝杠与伺服电机I相连，所述的伺服电机I驱动芯辊支架做水平运动；所述的丝杠通过丝杠螺母与压力传感器I相连。
5.如权利要求I所述的径-轴向辗环实验测试装置，其特征在于所述的三套检测装置II包括扭矩传感器II、扭矩传感器III、压力传感器II ;所述的四套驱动装置II包括伺服电机III、伺服电机IV、伺服电机V和伺服电机VI;所述的上锥辊滑块通过导轨滑块与轴向机构机架相连，所述的上锥辊滑块通过丝杠在伺服电机III的驱动下垂直运动；所述的丝杠通过丝杠螺母与压力传感器II相连。
6.如权利要求5所述的径-轴向辗环实验测试装置，其特征在于所述的上锥辊装置包括上锥辊，所述的上锥辊通过联轴器连接扭矩传感器II，所述的扭矩传感器II通过联轴器和伺服减速机与伺服电机IV相连，所述伺服电机IV的驱动上锥辊转动。
7.如权利要求5所述的径-轴向辗环实验测试装置，其特征在于所述的下锥辊装置包括下锥辊，所述的下锥辊通过联轴器连接扭矩传感器III，所述的扭矩传感器III通过联轴器和伺服减速机与伺服电机V相连，所述的伺服电机V驱动下锥辊转动。
8.如权利要求5所述的径-轴向辗环实验测试装置，其特征在于所述的伺服电机VI通过联轴器和伺服减速机与丝杠相连，所述的丝杠通过丝杠螺母与轴向机构机架相连。
9.如权利要求4或5所述的径-轴向辗环实验测试装置的实验测试方法，其特征在于包括如下实验步骤 O制坯用纯铅作为材料，制作实验用的毛坯环件，即铅环； 2)安装调整设备芯辊的位置，将铅环套在芯辊上，同时调整上锥辊装置和下锥辊装置的位置，保证铅环端面位于上锥辊、下锥辊之间； 3)轧环启动驱动主辊及上锥辊、下锥辊的伺服电机II，伺服电机IV和伺服电机V，使主辊及上锥辊、下锥辊按照预先设定的转速转动；启动伺服电机I，使芯辊水平移动，则产生径向轧制力，芯辊进给量的大小由伺服电机I的转速确定，径向轧制力的大小可通过压力传感器I获取，轧环的径向轧制力矩可通过扭矩传感器I测量得到；上锥辊滑块通过丝杠在伺服电机III的驱动下垂直运动，上锥辊滑块下移产生轴向轧制力，其大小可通过压力传感器II获取，轧环时轴向轧制机构产生的轴向轧制力矩通过扭矩传感器II、扭矩传感器III得到；整体轴向轧制机构随环件的增大而后退，保证上、下锥辊与环件始终接触，确保环件顺利轧制； .4)轧制力计算将实验中获取的力能参数带入下面的公式中，则可获得实际轧制过程中的轧制力大小
10.如权利要求9所述的径-轴向辗环实验测试装置的实验测试方法，其特征在于步骤4所述的实验所得轧制力与实际辗环过程轧制力之间的数理关系的确定方法为 环件轧制过程所需的物理量包括轧制力F，轧制力矩M，材料的屈服极限σ s，环件半径R ； 运用相似准则关系式η定理(相似第二定理)，可得
全文摘要
本发明具体公开了径-轴向辗环实验测试装置及实验测试方法，包括径向轧制机构、轴向轧制机构以及机座，径向轧制机构和轴向轧制机构均活动连接在机座上；径向轧制机构包括主辊装置、芯辊装置、两套检测装置Ⅰ、两套驱动装置Ⅰ，主辊装置和芯辊装置分别与两套检测装置相连，两套驱动装置分别驱动芯辊装置和主辊装置；轴向轧制机构包括上、下锥辊装置、上锥辊滑块装置、三套检测装置Ⅱ、四套驱动装置Ⅱ和轴向机构机架，上锥辊装置设于上锥辊滑块装置上，上、下锥辊装置分别与轴向机构机架相连。本发明的有益效果是设备结构紧凑，功能齐全，机身刚度大、变形小，使用安全可靠，设备全部采用电气控制。
文档编号B21B38/08GK102861841SQ20121035621
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者王强, 谈玉龙, 韩双慧, 赵东, 何芳 申请人:济南大学