CN102363194B

CN102363194B - 一种确定圆截面多级台阶轴自由锻造毛坯辅料料重的方法

Info

Publication number: CN102363194B
Application number: CN 201110205651
Authority: CN
Inventors: 史翔; 杨清林; 周伯荣; 张利; 徐元生
Original assignee: NANJING DEVELOP HIGH-END MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: NANJING DEVELOP HIGH-END MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-07-21
Also published as: CN102363194A

Abstract

本发明公开了一种确定圆截面多级台阶轴自由锻造毛坯辅料料重的方法，该方法包括以下步骤：计算G_切，G₁，G₂；将G₁和G₂折算为直径为D₃，等效长度为LQ₂的圆柱体；判断LQ₂是否小于D₃/3，如是，计算第二级工艺辅料的重量G_FL2，如不是，G_FL2为零；将G₁和G_FL2之和折算为直径为D₂，等效长度为LQ₁的圆柱体，判断LQ₁是否小于D₂/3，如是，则计算第一级工艺辅料的重量G_FL1；如不是，则第一级工艺辅料G_FL1为零；总的工艺辅料的重量，判断G_FL是否大于G_切，如是则G_切＝0，如不是则G_FL＝0；计算台阶轴的一端最终工艺料重。应用本发明确定工艺料重GY，可以保证锻造出合格的台阶轴锻件，有效地解决了多级台阶轴自由锻毛坯重量准确确定的问题，使确定的锻造毛坯既可以锻打出合格的台阶轴锻件，又使材料的耗损最少。

Description

一种确定圆截面多级台阶轴自由锻造毛坯辅料料重的方法

技术领域

本发明涉及的是一种多级台阶轴自由锻毛坯辅料料重的设计方法，尤其涉及的是一种确定圆截面多级台阶轴自由锻造毛坯辅料料重的方法。

背景技术

在制定复杂的多级台阶轴自由锻工艺时，技术上希望使其锻造毛坯的重量既能锻打出合格的台阶轴锻件，又达到节省材料的目的。但是，对于复杂的多级台阶轴毛坯重量确定，由于台阶轴锻造变形的复杂性，传统的实际工艺设计中要做到此点是十分困难的。一股多级台阶轴自由锻造工艺设计时，为了保证能打出合格的台阶轴锻件，除了要考虑合适的锻件本体重量和耗损外，还必须考虑在拔长变形过程中避免由于端部材料不足而产生凹心缺陷，如图1所示。为此，锻造毛坯重量的确定还必须考虑增加端部的工艺辅料DF的重量，增加的原则一股是保证端部有足够的材料使端部台阶的长度A不小于其相邻台阶的直径D的1/3，如图2所示。

另外，台阶轴在锻造完成后，端部多余的材料在台阶轴端部往往形成鼓形，其形状如图3所示，由此而增加的切头料重为G_切，其重量一股按G_切＝1.8×D³计算，式中D为轴端的直径。

端部的工艺辅料DF的重量与切头料重G_切之和称为工艺料重GY。

因此，传统的多级台阶轴毛坯重量的计算公式为：

台阶轴毛坯重量＝锻件本体重量+耗损+工艺料重GY

上式中，锻件本体重量由锻件的几何尺寸和材料密度可以计算出来，其耗损可以由加热的烧损率和锻件本体重量相乘得出。因此，确定多级台阶轴毛坯准确重量的关键是合理确定两端的工艺料重GY。

对于多级台阶轴毛坯工艺料重GY的计算，传统的做法是不分情况，一概计为端部的工艺辅料DF的重量与切头料重G_切之和，这是一种偏保守的计算方法，往往导致多级台阶轴毛坯重量的增加，造成了材料的浪费。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种确定圆截面多级台阶轴自由锻造毛坯辅料料重的方法，充分考虑到端部的工艺辅料与切头料重之间的关系从而确定工艺料重。

技术方案：本发明包括以下步骤：

(1)计算切头料重G_切，第一级台阶轴本体重量G₁，第二级台阶轴本体重量G₂；

(2)将G₁和G₂折算为直径为D₃，等效长度为LQ₂的圆柱体；

(3)判断LQ₂是否小于D₃/3，如是，则计算第二级工艺辅料的重量G_FL2，然后进入步骤(4)；

如不是，则第二级工艺辅料G_FL2为零，进入步骤(4)；

(4)将G₁和第二级工艺辅料的重量G_FL2之和折算为直径为D₂，等效长度为LQ₁的圆柱体；

(5)判断LQ₁是否小于D₂/3，如是，则计算第一级工艺辅料的重量G_FL1，然后进入步骤(6)；

如不是，则第一级工艺辅料G_FL1为零，进入步骤(6)；

(6)总的工艺辅料的重量G_FL＝G_FL1+G_FL2，判断G_FL是否大于G_切，如是则G_切＝0，进入步骤(7)，

如不是则G_FL＝0，进入步骤(7)；

(7)计算台阶轴的一端最终工艺料重GY＝G_FL+G_切；重复计算台阶轴另一端的最终工艺料重，两端的最终工艺料重之和即为总的工艺料重。

所述步骤(1)中G_切、G₁和G₂计算方法如下：

G_{1} = r \times (π / 4) \times D_{1}^{2} \times L_{1},

G_{2} = r \times (π / 4) \times D_{2}^{2} \times L_{2},

其中：r是材料的密度，π是圆周率，D₁是第一级台阶轴的直径，L₁是第一级台阶轴的长度，D₂是第二级台阶轴的直径，L₂是第二级台阶轴的长度。

所述步骤(2)中，

{LQ}_{2} = (G_{1} + G_{2}) / (r \times (π / 4) \times D_{3}^{2}),

D₃是最大台阶轴的直径。

所述步骤(3)中，

G_{FL 2} = (r \times (π / 4) \times D_{3}^{2} \times D_{3} / 3) - (G_{1} + G_{2}) .

所述步骤(4)中，

{LQ}_{1} = (G_{1} + G_{FL 2}) / (r \times (π / 4) \times D_{2}^{2}) .

所述步骤(5)中，

G_{FL 1} = (r \times (π / 4) \times D_{2}^{2} \times D_{2} / 3) - (G_{1} + G_{FL 2}) .

本发明的工作原理是：在台阶轴自由锻造过程中，端部的工艺辅料DF和切头料重G_切这两部分材料最终要转移到台阶轴的轴端，如果端部的工艺辅料DF的重量大于或者等于切头料重G_切，端部的工艺辅料DF其实质扮演了切头料重G_切的角色，此时就不必再考虑增加切头料重G_切。反之，切头料重G_切扮演了工艺辅料DF的角色，此时就不必再考虑增加端部的工艺辅料DF。因此，在确定多级台阶轴工艺料重GY计算中应考虑端部的工艺辅料与切头料重之间的取舍关系。

此外，由于在锻造过程中各台阶是由中间逐个向端部锻造出来的，不仅端部台阶可能锻造不出来，需要增加端部的工艺辅料即第一级工艺辅料FL1，其相邻的第二级台阶也可能锻不出，即也需要增加工艺辅料即第二级工艺辅料FL2。由于第二级工艺辅料客观存在的可能性，在确定多级台阶轴工艺料重GY时，还必须考虑第一、第二级工艺辅料的计算才能最终确定复杂多级台阶轴自由锻造毛坯的精确重量。

有益效果：本发明相比现有技术具有以下优点：应用本发明确定工艺料重GY，可以保证锻造出合格的台阶轴锻件，有效地解决了多级台阶轴自由锻毛坯重量准确确定的问题，使确定的锻造毛坯既可以锻打出合格的台阶轴锻件，又使材料的耗损最少。

附图说明

图1是产生凹心缺陷的台阶轴锻件；

图2是增加端部的工艺辅料的台阶轴；

图3是端部形成鼓形的台阶轴；

图4是多级台阶轴一端的结构示意图；

图5是多级台阶轴锻造第二级台阶的结构示意图；

图6是多级台阶轴锻造第一级台阶的结构示意图；

图7是本发明设计流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图4所示，本实施例需要锻造的圆截面多级台阶轴为三级钢质台阶轴，最终需要满足的尺寸为：D₁＝250mm，D₂＝350mm，D₃＝400mm，L₁＝100mm，L₂＝110mm，钢材的密度为r＝0.0078克/mm³，π是圆周率。

根据多级台阶轴锻造变形过程，其各级台阶锻造一股是由中间逐个向端部锻出的。本例中是先锻出第二级台阶，如图5所示，再锻造出第一级台阶即端部台阶，如图6所示。并且在锻造过程中工艺辅料与端部切头料重均伴随着第一、第二级台阶的锻出而转移到端部。

如图7所示，本实施包括以下步骤：

(1)计算切头料重G_切，第一级台阶轴本体重量G₁，第二级台阶轴本体重量G₂，

G_{1} = r \times (π / 4) \times D_{1}^{2} \times L_{1} = 38.29 kg,

G_{2} = r \times (π / 4) \times D_{2}^{2} \times L_{2} = 82.55 kg;

(2)如图5所示，将G₁和G₂折算为直径为D₃，等效长度为LQ₂的圆柱体，

{LQ}_{2} = (G_{1} + G_{2}) / (r \times (π / 4) \times D_{3}^{2}) = (38.29 + 82.55) / (0.0078 \times (π / 4) \times 400^{2}) = 1

23.3 mm;

(3)判断LQ₂是否小于D₃/3，如是，为了避免台阶的端部产生凹心缺陷，则需要计算第二级工艺辅料的重量G_FL2，

G_{FL 2} = (r \times (π / 4) \times D_{3}^{2} \times D_{3} / 3) - (G_{1} + G_{2}) = 9.85 kg,

然后进入步骤(4)；

如不是，则第二级工艺辅料G_FL2为零，进入步骤(4)；

(4)如图6所示，将G₁和第二级工艺辅料的重量G_FL2之和折算为D₂，等效长度为LQ₁的圆柱体，

{LQ}_{1} = (G_{1} + G_{FL 2}) / (r \times (π / 4) \times D_{2}^{2}) = 64.2 mm;

(5)判断LQ₁是否小于D₂/3，如是，则计算第一级工艺辅料的重量G_FL1，

G_{FL 1} = (r \times (π / 4) \times D_{2}^{2} \times D_{2} / 3) - (G_{1} + G_{FL 2}) = 39.38 kg,

然后进入步骤(6)；

如不是，则第一级工艺辅料G_FL1为零，进入步骤(6)；

(6)总的工艺辅料的重量G_FL＝G_FL1+G_FL2＝49.23kg，由于无论是工艺辅料FL还是切头料重G_切，在锻造过程中均不会消失，该部分材料将伴随着一、二级台阶的锻造过程进行材料的转移，最终停留在台阶轴的端部，

因此，判断G_FL是否大于G_切，如是则G_切＝0，台阶轴工艺料重GY在计算时仅需要考虑总的工艺辅料料重G_FL，而不必考虑切头料重G_切，本实施例中G_FL大于G_切，则G_切＝0；

因此，台阶轴一端的工艺料重GY应等于一端工艺辅料料重G_FL或切头料重G_切，两者取其大者；

(7)计算台阶轴的一端最终工艺料重GY＝G_FL+G_切＝49.23kg；

重复计算台阶轴另一端的最终工艺料重，两端的最终工艺料重之和即为总的工艺料重。

当确定台阶轴两端工艺料重后，便可以准确确定了多级台阶轴自由锻毛坯的重量了。

如按照老的工艺计算：则老工艺料重GY＝切头料重G_切+端部工艺辅料G_DF，式中：

切头料重

第一级台阶本体重量

G_{1} = r \times (π / 4) \times D_{1}^{2} \times L_{1} = 38.29 kg,

端部工艺辅料

G_{DF} = (r \times (π / 4) \times D_{2}^{2} \times D_{2} / 3) - G_{1} = 49.25 kg,

老工艺料重GY＝切头料重G_切+端部工艺辅G_DF＝28.13+49.25＝77.38kg。

对比可以，本实施例相比老工艺，可以减少料重28.15kg，极大的减少的原材料的消耗。

Claims

1.一种确定圆截面多级台阶轴自由锻造毛坯辅料料重的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）计算切头料重G_切，第一级台阶轴本体重量G₁，第二级台阶轴本体重量G₂；

（2）将G₁和G₂折算为直径为D₃，等效长度为LQ₂的圆柱体；

（3）判断LQ₂是否小于D₃/3，如是，则计算第二级工艺辅料的重量G_FL2，然后进入步骤（4）；

如不是，则第二级工艺辅料G_FL2为零，进入步骤（4）；

（4）将G₁和第二级工艺辅料的重量G_FL2之和折算为直径为D₂，等效长度为LQ₁的圆柱体；

（5）判断LQ₁是否小于D₂/3，如是，则计算第一级工艺辅料的重量G_FL1，然后进入步骤（6）；

如不是，则第一级工艺辅料重量G_FL1为零，进入步骤（6）；

（6）总的工艺辅料的重量G_FL=G_FL1+G_FL2，判断G_FL是否大于G_切，如是则G_切=0，进入步骤（7），

如不是则G_FL=0，进入步骤（7）；

（7）计算台阶轴的一端最终工艺料重GY=G_FL+G_切；重复计算台阶轴另一端的最终工艺料重，两端的最终工艺料重之和即为圆截面多级台阶轴自由锻造毛坯辅料料重；

所述步骤（1）中G_切、G₁和G₂计算方法如下：

G_{1} = r \times (π / 4) \times D_{1}^{2} \times L_{1},

G_{2} = r \times (π / 4) \times D_{2}^{2} \times L_{2},

其中：r是材料的密度，π是圆周率，D₁是第一级台阶轴的直径，L₁是第一级台阶轴的长度，D₂是第二级台阶轴的直径，L₂是第二级台阶轴的长度；

所述步骤（2）中，

D₃是最大台阶轴的直径；

所述步骤（3）中，

G_{FL 2} = (r \times (π / 4) \times D_{3}^{2} \times D_{3} / 3) - (G_{1} + G_{2});

所述步骤（4）中，

{LQ}_{1} = (G_{1} + G_{FL 2}) / (r \times (π / 4) \times D_{2}^{2});

所述步骤（5）中，

G_{FL 1} = (r \times (π / 4) \times D_{2}^{2} \times D_{2} / 3) - (G_{1} + G_{FL 2}) .