一种球阀法兰复合轧环成形方法
【专利摘要】本发明涉及一种球阀法兰复合轧环成形方法，其特征在于包括如下步骤：1)确定环坯形状和尺寸：根据锻件截面几何特征确定环坯形状，根据锻件几何尺寸确定环坯体积和当量轧比，进而确定环坯尺寸；2)确定轧制孔型结构和尺寸：综合复合轧环变形条件、设备结构以及环坯和锻件尺寸，确定主轧辊、芯辊和副轧辊工作面结构和尺寸；3)确定轧制成形参数：综合轧辊、环坯和锻件尺寸，结合复合轧环稳定条件以及轧制过程稳定性需求，依次确定轧制线速度、轧制进给速度和轧制时间。本发明通过合理设计控制轧制工艺过程，可实现球阀法兰复合轧环精密成形，可有效减少能源材料消耗，提高生产效率高，降低生产成本。
【专利说明】-种球阀法兰复合礼环成形方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械装备制造领域，具体涉及一种球阀法兰复合社环成形方法。
【背景技术】
[0002] 球阀是一种典型的阀类零件，在石油、化工、水利、电力等行业有着重要应用，是能 源装备的关键基础零件。球阀法兰作为球阀与管道之间的关键连接件，是影响能源输送和 存储安全的重要零件。球阀法兰表面带有由对称或非对称台阶构成的复杂型槽，是一种复 杂环类零件，通常需要锻造成形来保障其机械性能。目前，对于球阀法兰，大多是采用传统 的自由锻或模锻预成形，再切削加工成形截面轮廓，整体锻造能耗高、效率低、劳动强度大， 而且成形精度差，造成后续切削工时和材料消耗。该类零件也可采用社环成形，但由于其复 杂截面形状，社环过程中直径扩大与截面充型不同步，导致直径达到时表面型槽不能完整 成形，仍需通过大量切削成形。因此，对于球阀法兰，无论是采用锻造还是社环方法，都存在 材料利用率低、生产效率低、生产成本高的技术缺点，而且型槽关键部位不能获得充分塑性 变形而细化组织、提升性能，需要开发低耗、高效先进成形新方法，提升制造技术经济水平 和产品质量。
【发明内容】
[0003] 针对上述现状，本发明的目的在于提供一种球阀法兰复合社环成形方法，通过社 环和表面横社复合，合理设计社制工艺参数和控制社制过程，使球阀法兰截面轮廓通过连 续局部变形而一次精密完整成形，从而有效减少能耗，提高生产效率，降低生产成本。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是；一种球阀法兰复合社环成形方法，其特 征在于包括如下步骤：
[0005] 1)确定环逐形状和尺寸
[0006] 对于球阀法兰，若其上、下台阶径向与轴向尺寸相同，即具有对称截面形状时，可 采用简单的矩形截面环逐社制；若其上、下台阶径向或轴向尺寸不相同，即具有非对称截面 形状时，则应采用异形截面环逐社制，否则成形过程中会由于体积分配不合理，导致台阶一 端充不满而一端金属堆积，无法获得所需锻件形状；针对零件的不同几何形状特征，可按如 下方式确定合理的环逐的形状和尺寸：
[0007] (1)确定环逐形状
[000引设Ru、Rg、Ri、r分别为锻件上台阶半径、凹槽半径、下台阶半径和内孔半径，Bu、Bg、 Bi分别为锻件上台阶高度、凹槽高度和下台阶高度，Vus、Vis分别为锻件上台阶体积、下台阶 体积（台阶体积小者为上台阶）；则锻件总高度B = Bu+Bg+Bi
[0009] 根据锻件几何尺寸，计算其截面非对称度，根据不同非对称度，选择不同环逐形 状；
[0010] W&b二長"=言治表示锻件非对称系数;
[0011] W K, = I Kuk-I I表示锻件非对称度，K,越大，锻件截面非对称性越显著；
[0012] 当K,< 0.05,采用矩形截面环逐；当K,在0.05?0. 15之间，采用锥台型环逐；当 K, >0. 15,采用台阶型环逐；
[0013] (2)计算环逐体积V。
[0014] 根据塑性变形体积不变原理，环逐体积V。与锻件体积V相等，即
[00巧]Vo = V二瓦(巧+ B诉)-瓦趴子
[0016] 从凹槽高度一半处将锻件分为上下两部分，则锻件上、下部分体积比为
【权利要求】
I. 一种球阀法兰复合社环成形方法，其特征在于包括如下步骤： 1)确定环逐形状和尺寸 对于球阀法兰，若其上、下台阶径向与轴向尺寸相同，即具有对称截面形状时，可采用 简单的矩形截面环逐社制；若其上、下台阶径向或轴向尺寸不相同，即具有非对称截面形状 时，则应采用异形截面环逐社制，针对零件的不同几何形状特征，可按如下方式确定合理的 环逐的形状和尺寸： (1) 确定环逐形状 设尺。、心心1'分别为锻件上台阶半径、凹槽半径、下台阶半径和内孔半径，8。、8,、81分别 为锻件上台阶高度、凹槽高度和下台阶高度，Vus、Vk分别为锻件上台阶体积、下台阶体积； 则锻件总高度B = Bu+Bg+Bi 根据锻件几何尺寸，计算其截面非对称度，根据不同非对称度，选择不同环逐形状； &K",、=餐震-反)表示锻件非对称系数; W K, = IKuk-I I表示锻件非对称度，K,越大，锻件截面非对称性越显著； 当K,< 0.05,采用矩形截面环逐；当K,在0.05?0. 15之间，采用锥台型环逐；当K,> 0. 15,采用台阶型环逐； (2) 计算环逐体积V。 根据塑性变形体积不变原理，环逐体积V。与锻件体积V相等，即 Vo=V = TTi BX + BX + B,R；) - TTBr 从凹槽高度一半处将锻件分为上下两部分，则锻件上、下部分体积比为
锻件上半部分体积与锻件总体积之比 则环逐上半部分体积与总体积之比Ku' = kyKu，ky为修正系数，可取0. 85?1，锻件非 对称度越大，ky值取越小； (3) 确定环逐尺寸 采用闭式孔型，取环逐高度与锻件高度相等，即B。= B ; W锻件与环逐孔径之比为当量社比k，对于外径Im W下的小尺寸锻件，k可取1.2?2 ; 外径大于Im的大尺寸锻件，k可取2?3 ; 根据当量社比k即可确定环逐内孔半径= ^ = 根据环逐体积、高度和内径，可确定H种类型环逐尺寸： ① 矩形环逐 环逐外半径成二+心 ② 锥台型环逐
环逐外表面与回转轴间的夹角a = w.cmn打-今/;-4w 宜中。=!巧2+!及2_!度公， y。化,-BX、_2K、iB'"-IS'，K:m' + BJ J^， ^ 9 " 9 …9。… 加JA)-BJ 如巧A"(公"-A,) 兀8。 g二片《"飞全 別13"; (Bu-13", 丫 公'"I 2 环逐小端外半掛<,%品吊;常ia4(公"+公"'細… Bm为环件上端面到凹槽中间面的距离，Ku'表示环逐上半部分体积与总体积之比； ③台阶型环逐 环逐小端外半径
台阶高度Bsi = Bi 台阶长度
2)确定社制孔型结构和尺寸 社制孔型由主社親、芯親和两个副社親工作面组成；主社親和两个副社親工作面采用 闭式结构，其形状与锻件外表面轮廓形状对应，由直径不同的圆柱面组成上、下型腔和中间 凸台；芯親工作面为开式结构圆柱面；各社親工作面尺寸按如下确定： (1)主社親和芯親工作面尺寸 主社親凸台面半径ICg和芯親工作面半径Ri需满足：
其中R。'为环逐与社親的初始接触半径，对于矩形截面和台阶型环逐R。' =R。，对于 锥台形截面R。' =R〇+(Bu+Bg)tana,目=arctany为摩擦角，y为摩擦系数， 为了方便上料时环逐穿入芯親，一般取芯親半径 Ri = r〇-巧?15)mm 主社親和芯親的中也距应在设备极限中也距范围内，则有： Rmg+ 化-r) +Ri > Sm化，Rmg- (Ru-Rg) +Lmu+Hmax+Ri《Smax 其中，Smh表示主社親和芯親的中也距最小值，Sm"表示主社親和芯親的中也距最大值， Hm"为环逐最大壁厚和锻件最大壁厚中的大值，Ru-Rg < Lmu < Ru-r，通常取主社親上型腔面 宽度 Lmu = 0. 5 (2Ru-r-Rg); 综合上述条件可确定而、Rmg，进而根据几何关系确定主社親上型腔面半径Rmu = Rmg-(Ru-Rg)、下型腔面半径Rml二Rmg-化-Rg)、下型腔面宽度Lmi = Rmu+Lmu-Rml、上下型腔侧壁 高度8。。= 8。1=(0.1?0.：3)8;
根据锻件上台阶高度Bu、凹槽高度Bg和下台阶高度Bi可确定主社親上型腔面高度Bmu、 凸台面高度Bmg、下型腔面高度Bmi为： Bmu 二 Bu+化 2 ?1. Wmm, Bmg = Bg, Bmi = Bi+(0. 2 ?1. Wmm 芯親工作面高度Bi = B+巧?40) mm ; (2)副社親工作面尺寸及位置 左、右两个副社親W主社親与芯親中线连线为轴线沿环逐两侧对称布置；副社親圆也 与锻件中也的连线与轴线的夹角0 -般设计为50。?60。； 两个副社親工作面结构尺寸相同，副社親凸台面半径要满足下列要求：
同时，考虑副社親工作受力强度要求，一般可取副社親凸台面半径= (0. 3?0. 7) Rmg ; 根据R。，可确定副社親上型腔面半径R。。= R^-(Ru-Rg)、下型腔面半径Rd = Rcg-化-Rg); 由于采用闭式结构，副社親上、下型腔面宽度L。。、Lti应满足： Lcu - Lmu, 一 Lmi 副社親上、下型腔面侧壁高度通常取Btu = Bd = (0. 1?0. 3)B ; 副社親上型腔高度B。。、凸台高度Bw、下型腔高度Bti通常确定为： Bcu 二 Bmu+化 5 ?2) mm, Bcg = Bmg-(；0. 5 ?2) mm, Bci = Bmi+(0. 5 ?2) mm 3)确定社制成形参数 对于复合社制过程，其社制成形参数主要包括社制线速度、社制进给速度和社制时 间； (1) 社制线速度 社制线速度Vm通常取0. 9?1. 5m/s ;对于外径Im W下的小尺寸锻件，社制线速度可取 1. 2?1. 5m/s，对于外径大于Im的大尺寸锻件，社制线速度可取0. 9?1. 2m/s ; (2) 社制进给速度 社制进给速度V可根据环逐和社親尺寸，在下式范围内选取
n。表示主社親转速，其计算公式为' Rmg为主社親凸台面半径，Vm为社制线 么客 速度； 社环、表面横社、精社H个阶段分别选取社制进给速度： 社环阶段进给速度
表面横社阶段进给速度
精社阶段进给速度
(3)社制时间 社制时间由社制进给时间Ty和整圆时间Tf两部分组成；社制进给时间由各阶段社制进 给量和进给速度确定； 社制总进给量K社环进给量hi和表面横社进给量h,和精社进给量hs可按下式确定： h = (R。' -r。）- (Rg-r)
从而可确定社制进给时间+ ^ + ^，其中Vi、V2、V3为社环阶段、表面横社阶段 Vl ^2 ^ 和精社阶段社制进给速度； 整圆过程停止进给，整圆过程通常保证锻件旋转1至4周，即； 山:民, 7；=(1 ?4)-- 根据社制进给时间和整圆时间可确定社制时间T = Ty+Tf ; 4)社制成形： 按上述方法设计加工环逐和社制孔型，将社制孔型安装于社制设备内，将环逐放置于 芯親上；对于外径不超过Im的锻件，可采用立式复合社环成形；对于外径超过于Im的锻 件，宜采用邸式复合社环成形；两种工艺成形过程均可按社环、表面横社、精社H个阶段进 行社制，按上述各阶段社制进给速度范围控制社制进给过程，当环逐外表面轮廓与副社親 工作面型腔贴合后，停止进给，进行整圆，直至社制结束。
【文档编号】B21H1/06GK104259354SQ201410494399
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】钱东升, 邓加东, 吴剑, 汪小凯, 宋亚东, 戴玉同 申请人:张家港海陆环形锻件有限公司, 武汉理工大学