CN100463739C - 内台阶截面环件轧制成形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内台阶截面环件轧制成形的方法。内台阶截面环件轧制成形的方法，其特征在于它包括如下步骤：1)下料；2)制坯：将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，然后将热态的料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成轧制用环件毛坯；3)轧环机轧制成形：将环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到热变形温度时取出，放入轧环机孔型内轧制成形，轧制过程中环件毛坯与轧辊间保持良好的润滑，环件毛坯经过多转轧制成环件锻件；4)环件锻件机械切削加工成内台阶截面环件。本发明具有成本低、生产效率高的特点。

Description

内台阶截面环件轧制成形的方法

技术领域

本发明涉及一种内台阶截面环件轧制成形的方法。

背景技术

目前，内台阶截面环件通常采用锻造扩孔和机械切削加工联合完成，即先通过锻造扩孔加工出矩形截面的环件，再通过机械切削将矩形截面的环件加工成内台阶截面环件。其加工工艺流程为：1)镦粗，2)冲孔，3)冲头扩孔，4)平端面，5)机械切削加工。这种工艺生产外台阶截面环件的主要问题是：1)加工余量大、材料利用率低；2)生产效率低、劳动强度大；3)环件需要反复加热、能耗高；4)生产成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、生产效率高的内台阶截面环件轧制成形的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：内台阶截面环件轧制成形的方法，其特征在于它包括如下步骤：1).下料：将棒材锯切成料段，料段长度为L＝(1～5)(B_b+B_s)，B_b为环件锻件大孔部分的轴向尺寸，B_s为环件锻件小孔部分的轴向尺寸，料段直径根据环件锻件体积与料段体积相等条件确定；

2).制坯：将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，然后将热态的料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成轧制用环件毛坯；

环件毛坯外圆边缘与水平面成倾斜角α，α＝0°～20°；

环件毛坯大孔部分的轴向尺寸为B_b0＝B_b+c，环件毛坯小孔部分的轴向尺寸为B_s0＝B_s-c，c＝0～0.3(B_b+B_s)；环件毛坯的大孔直径为 $d_{b0}=\frac{d_b}{K},$ 轧制比为K＝1.5～5，d_b为环件锻件的大孔直径；根据环件锻件内孔台阶尺寸初选环件毛坯小孔直径d_s01，d_s01＝d_b0-(d_b-d_s)；根据环件锻件体积与环件毛坯体积相等条件初定环件外径D₀₁， $D_{01}=\sqrt{\frac{(D^2-d_b^2+d_{b0}^2)B_b+(D^2-d_s^2+d_{s01}^2)B_s}{B_b+B_s}},$ D为环件锻件的外径；确定环件毛坯小孔直径d_s0，d_s0＝d_s01+2φΔH_b2，φ＝1～2为修正系数， $\mathrm{\Δ}{H}_{b2}=\frac{\frac{1}{R_2}-\frac{1}{r_m}}{\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_m}-\frac{1}{r_m}}(\frac{D_{01}-d_{b0}}{2}-\frac{D-d_b}{2}),$ ΔH_b2为环件毛坯大孔部分在轧制中的内表面进给量，R₁、R₂分别为驱动辊工作面半径和环件毛坯大孔部分对应的芯辊工作面半径，R_m＝(D₀₁+D)/4为环件锻件和毛坯外半径平均值，r_m＝(d_b0+d_b)/4为环件锻件和环件毛坯大孔半径平均值；用d_s0代替d_s01，D₀代替D₀₁，代入上文中D₀₁公式计算确定环件毛坯外径D₀，D₀为环件毛坯的外径；

3)轧环机轧制成形：将环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到热变形温度时取出，钢环件毛坯热变形温度为1200℃～800℃，放入轧环机孔型内轧制成形，轧制过程中环件毛坯与轧辊间保持良好的润滑，环件毛坯经过多转轧制成环件锻件；

所述的轧环机轧制成形，环件轧制中轧制进给速度数值按下式计算：

$\mathrm{\υ}=\frac{f^2{n}_1{R}_1^2}{R{(1+\frac{R_1}{R_2})}^2}(1+\frac{R_1}{R_2}+\frac{R_1}{R}-\frac{R_1}{r})$

式中，υ为轧制进给速度；n₁为驱动辊转速；R₁、R₂分别为驱动辊工作面半径和环件毛坯大孔部分对应的芯辊工作面半径；R，r分别为环件锻件外半径和内半径，R＝D/2，r＝d_s/2；f为环件与轧制孔型之间的摩擦系数，f＝0.05～0.4；

4)环件锻件机械切削加工成产品(内台阶截面环件)。

所述的将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，钢铁材料热变形温度为1200℃～800℃。

本发明采用环件轧制工艺，环件毛坯经过多转连续轧制变形达到预定尺寸(环件锻件的尺寸)，改善工件的金属组织和性能，缩短了生产时间，减少了锻件加热次数，节约了原材料，提高了生产效率；通过合理设计环件毛坯尺寸，节约了原材料，降低成本；减小了端面鱼尾变形和翘曲变形，保证了内台阶截面环件的质量。

附图说明

图1是本发明的环件锻件结构示意图

图2是本发明的环件毛坯结构示意图

图3是本发明的环件毛坯径向轧制原理图

图4是图3的左视图

图中1-驱动辊，2-环件毛坯，3-导向棍，4-芯辊，5-信号辊。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，内台阶截面环件轧制成形的方法，它包括如下步骤：1).下料：将棒材锯切成料段，料段长度为L＝(1～5)(B_b+B_s)，B_b为环件锻件大孔部分的轴向尺寸，B_s为环件锻件小孔部分的轴向尺寸，料段直径根据环件锻件体积与料段体积相等条件确定。

2).制坯：将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，然后将热态的料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成轧制用环件毛坯；

所述的将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，钢铁材料热变形温度为1200℃～800℃；

所述的环件毛坯外圆边缘与水平面成倾斜角α，α＝0°～20°；

所述的环件毛坯大孔部分的轴向尺寸为B_b0＝B_b+c，所述的环件毛坯小孔部分的轴向尺寸为B_s0＝B_s-c，c＝0～0.3(B_b+B_s)；环件毛坯的大孔直径为 $d_{b0}=\frac{d_b}{K},$ 轧制比为K＝1.5～5，d_b为环件锻件的大孔直径；根据环件锻件内孔台阶尺寸初选环件毛坯小孔直径d_s01，d_s01＝d_b0-(d_b-d_s)；根据环件锻件体积与环件毛坯体积相等条件初定环件外径D₀₁， $D_{01}=\sqrt{\frac{(D^2-d_b^2+d_{b0}^2)B_b+(D^2-d_s^2+d_{s01}^2)B_s}{B_b+B_s}},$ D为环件锻件的外径；确定环件毛坯小孔直径d_s0，d_s0＝d_s01+2φΔH_b2，φ＝1～2为修正系数， $\mathrm{\Δ}{H}_{b2}=\frac{\frac{1}{R_2}-\frac{1}{r_m}}{\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_m}-\frac{1}{r_m}}(\frac{D_{01}-d_{b0}}{2}-\frac{D-d_b}{2})$ 为环件毛坯大孔部分在轧制中的内表面进给量，R₁、R₂分别为驱动辊工作面半径和环件毛坯大孔部分对应的芯辊工作面半径，R_m＝(D₀₁+D)/4为环件锻件和毛坯外半径平均值，r_m＝(d_b0+d_b)/4为环件锻件和毛坯大孔半径平均值；用d_s0代替d_s01，D₀代替D₀₁，代入上文中D₀₁公式计算确定环件毛坯外径D₀，D₀为环件毛坯的外径。

如图1、图2所示，要求轧制成形的20CrMnTi钢内台阶截面环件锻件尺寸为：环件锻件外径D为Φ190mm，环件锻件的大孔直径d_b为Φ140mm，环件锻件的小孔直径d_s为Φ114mm，环件锻件大孔部分的轴向尺寸B_b＝16mm，小环部分的轴向尺寸B_s＝11.5mm。设计环件毛坯大孔部分的轴向尺寸B_b0为18.2mm(c＝2.2)，环件毛坯小孔部分的轴向尺寸B_s0为9.3mm，内台阶截面环件锻件体积与环件毛坯体积相等条件确定毛坯尺寸，设计环件毛坯的大孔部分直径d_b0为Φ77.8mm(K＝1.8)，小孔部分外径d_s0为Φ61.0mm(φ＝1，ΔH_b2＝4.6)，环件毛坯外径D为Φ156.0mm。为了减小环件孔缘毛刺，设计环件毛坯外圆边缘的倾斜角α为15⁰(如图2所示)。

为了便于轧制成形，锻造制坯时要严格保证轧制用环件毛坯几何精度，消除环件毛坯内孔偏心、表面锤头印、冲孔毛刺等缺陷。

3).轧环机轧制成形：将设计好的环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到热变形温度时取出，放入轧环机孔型内轧制成形，轧制过程中环件与轧辊间保持良好的润滑，通过径向轧制，使环件毛坯壁厚减小、内外直径扩大、截面轮廓成形，当环件毛坯经过多转轧制变形且直径扩大到预定尺寸时，最终成为规定形状尺寸的环件锻件。

环件锻件轧制成形如图3、图4所示，在驱动辊1的旋转轧制运动和直线进给运动作用下，环件毛坯2连续地咬入驱动辊1和芯辊4构成的轧制孔型，产生壁厚减小、内外直径扩大、截面轮廓成形的连续局部塑性变形。通过多转反复轧制变形，使环件毛坯直径扩大到与信号辊5接触时，则达到了规定形状尺寸(即预定尺寸)的环件锻件，这时环件轧制过程结束。图4中导向辊3的作用是保证轧制过程平稳。

对于环件锻件轧制成形，设计如图4所示的半封闭孔型，该孔型的驱动辊直径较闭式孔型的小，也不要求轧环机驱动辊与芯辊有很大的中心距，且改善了芯辊的强度和刚度。随着轧制的进行，环件截面逐渐进入孔型，并在轧制结束时，环件截面完全进入孔型，有利于环件端面质量。轧制开始前，要保证环件毛坯在孔型中的准确定位。要保证良好的润滑和冷却，以防止芯辊回火软化。

工艺参数：

环件锻件轧制工艺参数主要包括轧制温度、轧制进给速度和轧制比。通过研究和试验，钢铁材料环件轧制温度为1200℃～800℃。实际轧制操作中，应严格控制始锻和终锻温度，防止低于终锻温度的轧制变形，以保证环件内部组织质量。环件毛坯轧制前加热应严格控制加热温度、保温时间，保温时间根据环件壁厚按(1～2)分钟/毫米计算确定，以保证环件毛坯整体均匀热透，并防止过热和过烧。

为了保证锻透并减小端面鱼尾变形，环件轧制中采用较大进给速度亦即快速进给轧制，轧制进给速度数值按下式计算

$\mathrm{\υ}=\frac{f^2{n}_1{R}_1^2}{R{(1+\frac{R_1}{R_2})}^2}(1+\frac{R_1}{R_2}+\frac{R_1}{R}-\frac{R_1}{r})$

式中，υ为轧制进给速度；n₁为驱动辊转速；R₁，R₂分别为驱动辊工作面半径和环件大孔部分对应的芯辊工作面半径；R，r分别为环件锻件外半径和内半径，R＝D/2，r＝d_s/2；f取0.05～0.4，为环件与轧制孔型之间的摩擦系数。

通过计算确定轧制速度为4mm/s。

4).环件锻件机械切削加工成产品(内台阶截面环件)。

Claims (2)

1.内台阶截面环件轧制成形的方法，其特征在于它包括如下步骤：1).下料：将棒材锯切成料段，料段长度为L＝(1～5)(B_b+B_s)，B_b为环件锻件大孔部分的轴向尺寸，B_s为环件锻件小孔部分的轴向尺寸，料段直径根据环件锻件体积与料段体积相等条件确定；

2).制坯：将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度，然后将热态的料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成轧制用环件毛坯；

环件毛坯外圆边缘与水平面成倾斜角α，α＝0°～20°；

环件毛坯大孔部分的轴向尺寸为B_b0＝B_b+c，环件毛坯小孔部分的轴向尺寸为B_s0＝B_s-c，c＝0～0.3(B_b+B_s)；环件毛坯的大孔直径为 $d_{b0}=\frac{d_b}{K},$ 轧制比为K＝1.5～5，d_b为环件锻件的大孔直径；根据环件锻件内孔台阶尺寸初选环件毛坯小孔直径d_s01，d_s01＝d_b0-(d_b-d_s)；根据环件锻件体积与环件毛坯体积相等条件初定环件外径D₀₁， $D_{01}=\sqrt{\frac{(D^2-d_b^2+d_{b0}^2)B_b+(D^2-d_s^2+d_{s01}^2)B_s}{B_b+B_s}},$ D为环件锻件的外径，d_s为环件锻件的小孔直径；确定环件毛坯小孔直径d_s0，d_s0＝d_s01+2φΔH_b2，φ＝1～2为修正系数， ${\mathrm{\ΔH}}_{b2}=\frac{\frac{1}{R_2}-\frac{1}{r_m}}{\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_m}-\frac{1}{r_m}}(\frac{D_{01}-d_{b0}}{2}-\frac{D-d_b}{2}),$ ΔH_b2为环件毛坯大孔部分在轧制中的内表面进给量，R₁、R₂分别为驱动辊工作面半径和环件毛坯大孔部分对应的芯辊工作面半径，R_m＝(D₀₁+D)/4为环件锻件和毛坯外半径平均值，r_m＝(d_b0+d_b)/4为环件锻件和环件毛坯大孔半径平均值；用d_s0代替d_s01，D₀代替D₀₁，代入上文中D₀₁公式计算确定环件毛坯外径D₀，D₀为环件毛坯的外径；

3)轧环机轧制成形：将环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到热变形温度时取出，钢环件毛坯热变形温度为1200℃～800℃，放入轧环机孔型内轧制成形，轧制过程中环件毛坯与轧辊间保持良好的润滑，环件毛坯经过多转轧制成环件锻件；

所述的轧环机轧制成形，环件轧制中轧制进给速度数值按下式计算：

$\mathrm{\υ}=\frac{f^2{n}_1{R}_1^2}{R{(1+\frac{R_1}{R_2})}^2}(1+\frac{R_1}{R_2}+\frac{R_1}{R}-\frac{R_1}{r})$

式中，υ为轧制进给速度；n₁为驱动辊转速；R₁、R₂分别为驱动辊工作面半径和环件毛坯大孔部分对应的芯辊工作面半径；R，r分别为环件锻件外半径和内半径，R＝D/2，r＝d_s/2；f为环件与轧制孔型之间的摩擦系数，f＝0.05～0.4；

4)环件锻件机械切削加工成内台阶截面环件。

2.根据权利要求1所述的内台阶截面环件轧制成形的方法，其特征在于：所述的将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度为1200℃～800℃。

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