CN103230991A - 一种确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法 - Google Patents

一种确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法 Download PDF

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CN103230991A CN2013101933355A CN201310193335A CN103230991A CN 103230991 A CN103230991 A CN 103230991A CN 2013101933355 A CN2013101933355 A CN 2013101933355A CN 201310193335 A CN201310193335 A CN 201310193335A CN 103230991 A CN103230991 A CN 103230991A
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Abstract

一种确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法，其步骤是：首先，确定出初始的矩形毛坯几何尺寸和辗扩比
Figure 2013101933355100004DEST_PATH_IMAGE001
取值范围的计算公式，并获取双沟球截面环件的几何尺寸以及芯辊的外半径
Figure 667568DEST_PATH_IMAGE002
；其次，根据获取的双沟球截面环件的几何尺寸计算出双沟球截面环件的体积
Figure DEST_PATH_IMAGE003
和径向截面面积
Figure 695566DEST_PATH_IMAGE004
，并结合芯辊的外半径
Figure 64100DEST_PATH_IMAGE002
计算出辗扩比
Figure 519352DEST_PATH_IMAGE001
的取值范围；最后，根据所选取的辗扩比
Figure 153596DEST_PATH_IMAGE001
计算确定出矩形毛坯的几何尺寸。本发明针对同一双沟球截面环件冷辗扩能够设计出一系列基于不同辗扩比
Figure 657389DEST_PATH_IMAGE001
的矩形毛坯，有效提高了双沟球截面环件冷辗扩毛坯设计的效率和精度，缩短了生产周期，降低了生产成本。本发明适用于双内沟球截面环件和双外沟球截面环件这两类双沟球截面环件的闭式冷辗扩过程。

Description

一种确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法
技术领域
本发明属于环件冷辗扩精确塑性成形制造技术领域，具体涉及一种确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法。
背景技术
双沟球截面环件是一种典型的异形截面环件，它被广泛应用于航空、航天、汽车、轴承等工业领域中。在双沟球截面环件冷辗扩过程中，初始毛坯的几何尺寸是重要的工艺参数。合理的毛坯设计不仅是保证双沟球截面环件冷辗扩过程顺利开展并稳定进行的前提，而且对辗扩工艺参数的优化设计及最终成形环件的几何形状具有重要的影响作用。
然而，目前关于双沟球截面环件冷辗扩的初始毛坯，大多是依赖经验直接给定，设计方法较为粗糙，缺乏科学理论依据，导致辗扩成形的环件与实际需求的最终环件产品存在较大的差距，需要进行大量的切削加工等后续工序才能获得最终的环件产品，这不仅延长了生产周期，而且浪费了原材料、增加了生产成本。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法，以提高双沟球截面环件冷辗扩成形中毛坯的设计效率和设计精度。
为了实现上述目的，本发明提出的确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法具体包括如下步骤：
步骤一，确定双沟球截面环件冷辗扩过程的初始毛坯为矩形毛坯；
步骤二，确定矩形毛坯几何尺寸的计算公式，矩形毛坯的几何尺寸包括毛坯的外半径                                                
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE001
、内半径
Figure 857862DEST_PATH_IMAGE002
、径向壁厚
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE003
和轴向高度
Figure 916079DEST_PATH_IMAGE004
；
根据塑性成形中的体积不变原理，有
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE005
                                         (1)
根据辗扩比为辗扩前毛坯径向截面面积与辗扩后环件径向截面面积之比的定义，有
Figure 806675DEST_PATH_IMAGE006
                                         (2)
由初始的矩形毛坯的结构可知
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE007
                                     (3)
Figure 541413DEST_PATH_IMAGE008
                                     (4)
将式(3)和式(4)代入式(1)和式(2)，并联立式(1)和式(2)可得
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE009
                                     (5)
 
Figure 337199DEST_PATH_IMAGE010
                                     (6)
由初始的矩形毛坯的结构可知
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE011
                                        (7)
将式(5)和式(6)代入式(7)后有
Figure 510692DEST_PATH_IMAGE012
                                          (8)
由于选用的成形方式为闭式冷辗扩，故有
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE013
                                           (9)
将式(9)代入式(5)、式(6)和式(8)中有
Figure 459056DEST_PATH_IMAGE014
                                     (10)
 
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE015
                                      (11)
Figure 112498DEST_PATH_IMAGE016
                                           (12)
在式(1)~式(12)中，
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE017
为辗扩比；
Figure 208630DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 857917DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 723105DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 48913DEST_PATH_IMAGE003
和分别为矩形毛坯的体积、径向截面面积、外半径、内半径、径向壁厚和轴向高度；
Figure 882057DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 805013DEST_PATH_IMAGE022
分别为双沟球截面环件的体积、径向截面面积和轴向高度；
因此，矩形毛坯的外半径、内半径
Figure 873912DEST_PATH_IMAGE002
、径向壁厚和轴向高度
Figure 767098DEST_PATH_IMAGE004
分别按式(10)、式(11)、式(12)和式(9)进行确定；
步骤三，确定辗扩比
Figure 185441DEST_PATH_IMAGE017
取值范围的计算公式，根据环件冷辗扩成形原理，为使整个双沟球截面环件冷辗扩成形过程能顺利地开展并稳定地进行，需满足如下四项条件：
条件1：辗扩比必须大于1，即：
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE023
                                           (13)
条件2：在环件冷辗扩过程中，芯辊朝驱动辊的连续进给使得环件的壁厚不断减薄、半径不断长大、截面轮廓逐渐成形，因此毛坯的径向壁厚应大于环件的径向壁厚，且毛坯的内外半径应分别小于环件的内外半径，即：
Figure 477882DEST_PATH_IMAGE024
                                         (14)
                                         (15)
 
Figure 521931DEST_PATH_IMAGE026
                                          (16)
条件3：毛坯的壁厚一般要小于毛坯的内半径，即：
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE027
                                          (17)
条件4：毛坯的内径必须大于芯辊的外半径
Figure 153900DEST_PATH_IMAGE028
，这样才能保证将芯辊放入毛坯内，即：
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE029
                                         (18)
在式(13)~式(17)中，
Figure 805462DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE031
和
Figure 542123DEST_PATH_IMAGE032
分别为双沟球截面环件的外半径、内半径和径向壁厚；
Figure 937332DEST_PATH_IMAGE028
为芯辊的外半径；
下面依次考虑上述四个条件：
1）、将式(12)代入式(14)有
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE033
                                        (19)
变形后为
                                       (20)
由双沟球截面环件结构可知
                                      (21)
故将式(21)代入式(20)后有
Figure 698801DEST_PATH_IMAGE036
                                (22)
这意味着：在双沟球截面环件冷辗扩中只要式(20)满足了则式(13)也就自动满足了，
2）、将式(10)代入式(15)有
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE037
                                    (23)
对其进行变形后有
Figure 965834DEST_PATH_IMAGE038
                            (24)
由于
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE039
总是成立的，故有
Figure 102417DEST_PATH_IMAGE040
.         (25)
3）、将式(11)代入式(16)有
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE041
                                   (26)
对其进行变形后有
Figure 194133DEST_PATH_IMAGE042
                           (27)
由于
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE043
总是成立的，并考虑到
Figure 453076DEST_PATH_IMAGE044
，故有
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE045
                    .        (28)
4）、将式(11)和式(12)代入式(17)有
Figure 145088DEST_PATH_IMAGE046
                                  (29)
对其进行变形并考虑到
Figure 69051DEST_PATH_IMAGE044
，从而有
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE047
                                    (30)
5）、将式(11)代入式(18)有
Figure 592436DEST_PATH_IMAGE048
                                 (31)
对其进行变形后有
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE049
                          (32)
由于总是成立的，并考虑到
Figure 936009DEST_PATH_IMAGE044
，故有
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE051
                        (33)
另外，还可以计算得出
Figure 162198DEST_PATH_IMAGE052
      (34)
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE053
          (35)
综合可知，双沟球截面环件冷辗扩中辗扩比取值范围的计算公式为
Figure 78519DEST_PATH_IMAGE054
             (36)
在式(13)~式(36)中，为辗扩比，
Figure 73205DEST_PATH_IMAGE020
为双沟球截面环件的体积，
Figure 571183DEST_PATH_IMAGE021
为双沟球截面环件的径向截面面积，
Figure 77250DEST_PATH_IMAGE032
为双沟球截面环件的径向壁厚，
Figure 231151DEST_PATH_IMAGE022
为双沟球截面环件的轴向高度，
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE055
为双沟球截面环件中沟球的径向宽度，
Figure 113657DEST_PATH_IMAGE028
为芯辊的外半径；
步骤四，确定双沟球截面环件的类型及其几何尺寸，双沟球截面环件包括双内沟球截面环件和双外沟球截面环件两类；双沟球截面环件的几何尺寸包括环件的外半径
Figure 154556DEST_PATH_IMAGE030
、内半径
Figure 97104DEST_PATH_IMAGE031
、径向壁厚
Figure 535039DEST_PATH_IMAGE032
和轴向高度
Figure 893339DEST_PATH_IMAGE022
，以及沟球的半径
Figure 365909DEST_PATH_IMAGE056
、径向宽度
Figure 213779DEST_PATH_IMAGE055
和轴向高度
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE057
；
步骤五，测量获得芯辊的外半径
Figure 325960DEST_PATH_IMAGE028
；
步骤六，将双沟球截面环件的几何尺寸代入到式(37)计算出双沟球截面环件的体积
Figure 550268DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 815027DEST_PATH_IMAGE058
(37)
步骤七，将双沟球截面环件的几何尺寸代入到式(38)计算出双沟球截面环件的径向截面面积；
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE059
             (38)
步骤八，将双沟球截面环件的几何尺寸、体积
Figure 191531DEST_PATH_IMAGE020
和径向截面面积
Figure 953951DEST_PATH_IMAGE021
以及芯辊的外半径代入到式(36)计算出辗扩比的取值范围；
步骤九，在所计算出的辗扩比取值范围内选取
Figure 994402DEST_PATH_IMAGE017
值；
步骤十，将双沟球截面环件的体积、径向截面面积
Figure 843596DEST_PATH_IMAGE021
和轴向高度
Figure 230715DEST_PATH_IMAGE022
，以及所选取的辗扩比
Figure 272620DEST_PATH_IMAGE017
值，分别代入到式(10)、式(11)、式(12)和式(9)中计算出矩形毛坯的外半径
Figure 428795DEST_PATH_IMAGE001
、内半径
Figure 225850DEST_PATH_IMAGE002
、径向壁厚
Figure 523101DEST_PATH_IMAGE003
和轴向高度
Figure 696593DEST_PATH_IMAGE004
。
本发明的有益效果是：只需获得最终双沟球截面环件的类型和几何尺寸（包括环件的外半径
Figure 707275DEST_PATH_IMAGE030
、内半径
Figure 612914DEST_PATH_IMAGE031
、径向壁厚
Figure 709046DEST_PATH_IMAGE032
和轴向高度
Figure 155071DEST_PATH_IMAGE022
，以及沟球的半径
Figure 472788DEST_PATH_IMAGE056
、径向宽度和轴向高度
Figure 195074DEST_PATH_IMAGE057
）以及对应芯辊的外半径
Figure 382473DEST_PATH_IMAGE028
，就可以快速确定出辗扩比
Figure 367746DEST_PATH_IMAGE017
的取值范围；然后在确定的辗扩比
Figure 677505DEST_PATH_IMAGE017
取值范围内所选取的
Figure 433715DEST_PATH_IMAGE017
值后，就可以快速计算确定出矩形毛坯的几何尺寸（包括毛坯的外半径
Figure 487121DEST_PATH_IMAGE001
、内半径
Figure 326901DEST_PATH_IMAGE002
、径向壁厚和轴向高度）。该方法对于同一双沟球截面环件能够设计出一系列基于不同辗扩比的矩形毛坯，有效提高了双沟球截面环件冷辗扩毛坯设计的效率和精度，缩短生产周期，降低生产成本。本发明为双沟球截面环件冷辗轧的毛坯设计提供了科学依据和重要方法，有利于促进异形环件冷辗扩精确塑性成形制造技术的进一步发展。
附图说明
图1为确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的流程框图。
图2为初始的矩形毛坯的结构示意图。
图3为双沟球截面环件的结构示意图。其中，图3(a)为双内沟球截面环件的结构示意图；图3(b)为双外沟球截面环件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例进一步详细说明本发明，但是所给出的实施例不会构成对本发明的限制。
确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法，包括以下实现步骤：
步骤一，确定双沟球截面环件冷辗扩过程的初始毛坯为矩形毛坯；
步骤二，确定矩形毛坯几何尺寸的计算公式；
根据塑性成形中的体积不变原理，有
Figure 81734DEST_PATH_IMAGE005
                                         (1)
根据辗扩比为辗扩前毛坯径向截面面积与辗扩后环件径向截面面积之比的定义，有
Figure 776020DEST_PATH_IMAGE006
                                         (2)
由图2可知
Figure 427581DEST_PATH_IMAGE007
                                     (3)
Figure 410581DEST_PATH_IMAGE008
                                     (4)
将式(3)和式(4)代入式(1)和式(2)，并联立式(1)和式(2)可得
Figure 805790DEST_PATH_IMAGE009
                                     (5)
 
Figure 354583DEST_PATH_IMAGE010
                                     (6)
同时，由图2还可知
Figure 131040DEST_PATH_IMAGE011
                                        (7)
将式(5)和式(6)代入式(7)后有
Figure 398074DEST_PATH_IMAGE012
                                          (8)
由于选用的成形方式为闭式冷辗扩，故有
Figure 331395DEST_PATH_IMAGE013
                                           (9)
将式(9)代入式(5)、式(6)和式(8)中有
Figure 937957DEST_PATH_IMAGE014
                                     (10)
 
Figure 196900DEST_PATH_IMAGE015
                                      (11)
Figure 685650DEST_PATH_IMAGE016
                                           (12)
在式(1)~式(12)中，
Figure 875191DEST_PATH_IMAGE017
为辗扩比；
Figure 398577DEST_PATH_IMAGE018
、、
Figure 742150DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 282853DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 660745DEST_PATH_IMAGE003
和分别为矩形毛坯的体积、径向截面面积、外半径、内半径、径向壁厚和轴向高度；
Figure 416178DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 760572DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 196232DEST_PATH_IMAGE022
分别为双沟球截面环件的体积、径向截面面积和轴向高度；
因此，矩形毛坯的外半径
Figure 702300DEST_PATH_IMAGE001
、内半径
Figure 918518DEST_PATH_IMAGE002
、径向壁厚
Figure 987974DEST_PATH_IMAGE003
和轴向高度
Figure 340458DEST_PATH_IMAGE004
分别按式(10)、式(11)、式(12)和式(9)进行确定；
步骤三，确定辗扩比
Figure 17427DEST_PATH_IMAGE017
取值范围的计算公式，根据环件冷辗扩成形原理，为使整个双沟球截面环件冷辗扩成形过程能顺利地开展并稳定地进行，需满足如下四项条件：
条件1：辗扩比必须大于1，即：
                                           (13)
条件2：在环件冷辗扩过程中，芯辊朝驱动辊的连续进给使得环件的壁厚不断减薄、半径不断长大、截面轮廓逐渐成形，因此毛坯的壁厚应大于环件的径向壁厚，且毛坯的内外半径应分别小于环件的内外半径，即：
Figure 79241DEST_PATH_IMAGE024
                                         (14)
Figure 286231DEST_PATH_IMAGE025
                                         (15)
 
Figure 88096DEST_PATH_IMAGE026
                                          (16)
条件3：毛坯的壁厚一般要小于毛坯的内半径，即：
Figure 13327DEST_PATH_IMAGE027
                                          (17)
条件4：毛坯的内径必须大于芯辊的外半径，这样才能保证将芯辊放入毛坯内，即：
Figure 502394DEST_PATH_IMAGE029
                                         (18)
在式(13)~式(17)中，
Figure 786745DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 933692DEST_PATH_IMAGE031
和
Figure 148642DEST_PATH_IMAGE032
分别为双沟球截面环件的外半径、内半径和径向壁厚；
Figure 330224DEST_PATH_IMAGE028
为芯辊的外半径；
下面依次考虑上述四个条件：
1）、将式(12)代入式(14)有
Figure 785477DEST_PATH_IMAGE033
                                        (19)
变形后为
Figure 622983DEST_PATH_IMAGE034
                                       (20)
由图3可知
Figure 189093DEST_PATH_IMAGE035
                                      (21)
故将式(21)代入式(20)后有
Figure 225182DEST_PATH_IMAGE036
                                (22)
这意味着：在双沟球截面环件冷辗扩中只要式(20)满足了则式(13)也就自动满足了，
2）、将式(10)代入式(15)有
Figure 536821DEST_PATH_IMAGE037
                                    (23)
对其进行变形后有
Figure 658361DEST_PATH_IMAGE038
                            (24)
由于
Figure 965846DEST_PATH_IMAGE039
总是成立的，故有
Figure 122021DEST_PATH_IMAGE040
.        (25)
3）、将式(11)代入式(16)有
                                   (26)
对其进行变形后有
Figure 714862DEST_PATH_IMAGE042
                           (27)
由于
Figure 622775DEST_PATH_IMAGE043
总是成立的，并考虑到
Figure 633456DEST_PATH_IMAGE044
，故有
Figure 539096DEST_PATH_IMAGE045
                    .        (28)
4）、将式(11)和式(12)代入式(17)有
Figure 635228DEST_PATH_IMAGE046
                                  (29)
对其进行变形并考虑到
Figure 346832DEST_PATH_IMAGE044
，从而有
Figure 166014DEST_PATH_IMAGE047
                                    (30)
5）、将式(11)代入式(18)有
                                 (31)
对其进行变形后有
Figure 622720DEST_PATH_IMAGE049
                          (32)
由于
Figure 75698DEST_PATH_IMAGE050
总是成立的，并考虑到
Figure 60972DEST_PATH_IMAGE044
，故有
Figure 370731DEST_PATH_IMAGE051
                        (33)
另外，还可以计算得出
Figure 362826DEST_PATH_IMAGE052
      (34)
Figure 416233DEST_PATH_IMAGE053
          (35)
综合可知，双沟球截面环件冷辗扩中辗扩比
Figure 256013DEST_PATH_IMAGE017
取值范围的计算公式为
Figure 674356DEST_PATH_IMAGE054
             (36)
在式(13)~式(36)中，
Figure 232376DEST_PATH_IMAGE017
为辗扩比，
Figure 526958DEST_PATH_IMAGE020
为双沟球截面环件的体积，
Figure 486824DEST_PATH_IMAGE021
为双沟球截面环件的径向截面面积，
Figure 138385DEST_PATH_IMAGE032
为双沟球截面环件的径向壁厚，
Figure 855806DEST_PATH_IMAGE022
为双沟球截面环件的轴向高度，
Figure 251015DEST_PATH_IMAGE055
为双沟球截面环件中沟球的径向宽度，
Figure 65387DEST_PATH_IMAGE028
为芯辊的外半径；
步骤四，确定双沟球截面环件的类型及其几何尺寸，双沟球截面环件包括双内沟球截面环件和双外沟球截面环件两类；双沟球截面环件的几何尺寸包括环件的外半径
Figure 74800DEST_PATH_IMAGE030
、内半径
Figure 341834DEST_PATH_IMAGE031
、径向壁厚
Figure 540734DEST_PATH_IMAGE032
和轴向高度
Figure 147296DEST_PATH_IMAGE022
，以及沟球的半径
Figure 140659DEST_PATH_IMAGE056
、径向宽度和轴向高度
Figure 585995DEST_PATH_IMAGE057
；
步骤五，测量获得芯辊的外半径
Figure 109381DEST_PATH_IMAGE028
；
步骤六，将双沟球截面环件的几何尺寸代入到式(37)计算出双沟球截面环件的体积
Figure 273646DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 452954DEST_PATH_IMAGE058
(37)
步骤七，将双沟球截面环件的几何尺寸代入到式(38)计算出双沟球截面环件的径向截面面积
Figure 993657DEST_PATH_IMAGE021
；
             (38)
步骤八，将双沟球截面环件的几何尺寸、体积
Figure 159245DEST_PATH_IMAGE020
和径向截面面积
Figure 622588DEST_PATH_IMAGE021
以及芯辊的外半径代入到式(36)计算出辗扩比的取值范围；
步骤九，在所计算出的辗扩比取值范围内选取值；
步骤十，将双沟球截面环件的体积
Figure 427339DEST_PATH_IMAGE020
、径向截面面积
Figure 779823DEST_PATH_IMAGE021
和轴向高度
Figure 722371DEST_PATH_IMAGE022
，以及所选取的辗扩比
Figure 97989DEST_PATH_IMAGE017
值，分别代入到式(10)、式(11)、式(12)和式(9)中计算出矩形毛坯的外半径
Figure 784185DEST_PATH_IMAGE001
、内半径
Figure 991176DEST_PATH_IMAGE002
、径向壁厚
Figure 291576DEST_PATH_IMAGE003
和轴向高度。
实施例：假设最终的环件类型为双内沟球截面环件，且环件的外半径为36cm、内半径为30.05cm、径向壁厚为5.95cm、轴向高度为23cm，环件中沟球的半径为4.76cm、径向宽度为1.7cm、轴向高度为7.29cm。
步骤一，确定双内沟球截面环件冷辗扩过程中的毛坯为如图2所示的矩形毛坯；
步骤二，根据径向辗扩前后初始毛坯和最终环件的径向截面面积和体积之间的关系，可确定出矩形毛坯几何尺寸的计算公式分别为：
矩形毛坯的外半径
Figure 441114DEST_PATH_IMAGE001
按式(10)确定：
Figure 705874DEST_PATH_IMAGE014
                                          (10)
矩形毛坯的内半径
Figure 724645DEST_PATH_IMAGE002
按式(11)确定：
Figure 137172DEST_PATH_IMAGE015
                                          (11)
矩形毛坯的径向壁厚
Figure 853586DEST_PATH_IMAGE003
按式(12)确定：
Figure 35169DEST_PATH_IMAGE016
                                               (12)
矩形毛坯的轴向高度
Figure 490421DEST_PATH_IMAGE004
按式(9)确定：
Figure 62348DEST_PATH_IMAGE013
                                                 (9)
在上述各式中，为辗扩比，
Figure 930127DEST_PATH_IMAGE020
为双沟球截面环件的体积，
Figure 743231DEST_PATH_IMAGE021
为双沟球截面环件的径向截面面积，
Figure 864771DEST_PATH_IMAGE022
为双沟球截面环件的轴向高度；
步骤三，根据双沟球截面环件冷辗扩成形过程能顺利开展并稳定进行的条件，辗扩比
Figure 234572DEST_PATH_IMAGE017
取值范围的可按式(36)确定：
Figure 328430DEST_PATH_IMAGE054
             (36)
其中，
Figure 125485DEST_PATH_IMAGE060
是芯辊的外半径；
步骤四，获得图3(a)所示的双内沟球截面环件的几何尺寸：外半径
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE061
36cm、内半径
Figure 425666DEST_PATH_IMAGE062
= 30.05cm、径向壁厚=5.95cm、轴向高度
Figure 333579DEST_PATH_IMAGE064
=23cm，环件中沟球的半径
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE065
=4.76cm、径向宽度为
Figure 281944DEST_PATH_IMAGE055
=1.7cm、轴向高度为
Figure 249900DEST_PATH_IMAGE057
=7.29cm；
步骤五，测量获得芯辊的外半径
Figure 532982DEST_PATH_IMAGE060
，若取
Figure 244586DEST_PATH_IMAGE060
=13.7cm；
步骤六，根据双内沟球截面环件几何尺寸按式(37)计算出双内沟球截面环件的体积
Figure 109774DEST_PATH_IMAGE020
：
Figure 186314DEST_PATH_IMAGE066
=25058cm3；
步骤七，根据双内沟球截面环件几何尺寸按式(38)计算出双内沟球截面环件的径向截面面积
Figure 769743DEST_PATH_IMAGE021
：
Figure 285038DEST_PATH_IMAGE059
=239.266cm2
步骤八，根据所给定的双内沟球截面环件几何尺寸以及计算得到的双内沟球截面环件的体积
Figure 693147DEST_PATH_IMAGE020
和径向截面面积
Figure 2906DEST_PATH_IMAGE021
，有：
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE067
=1.1439
Figure 11313DEST_PATH_IMAGE068
=2.0676
Figure 2013101933355100002DEST_PATH_IMAGE069
=1.8116
故可按式(36)计算出辗扩比
Figure 64720DEST_PATH_IMAGE017
取值范围为
；
步骤九，在计算出的辗扩比
Figure 572111DEST_PATH_IMAGE017
取值范围[1.1439,1.8116]内任意选取一个值，若选取
Figure 130131DEST_PATH_IMAGE017
=1.50；
步骤十，计算出矩形毛坯的几何尺寸：
按式(9)计算出矩形毛坯的轴向高度
Figure 659332DEST_PATH_IMAGE004
：
Figure 353619DEST_PATH_IMAGE013
=23cm
按式(10)计算出矩形毛坯的外半径
Figure 270759DEST_PATH_IMAGE001
：
Figure 50496DEST_PATH_IMAGE014
==26.14cm
按式(11)计算出矩形毛坯的内半径
Figure 131191DEST_PATH_IMAGE002
：
=
Figure 705709DEST_PATH_IMAGE072
=18.33cm
按式(12)计算出矩形毛坯的径向壁厚
Figure 972743DEST_PATH_IMAGE003
：
Figure 171643DEST_PATH_IMAGE016
==7.80cm。

Claims (2)

1.一种确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，确定双沟球截面环件冷辗扩成形过程的初始毛坯为矩形毛坯；
步骤二，确定矩形毛坯几何尺寸的计算公式，矩形毛坯的几何尺寸包括毛坯的外半径                                                、内半径
Figure 966504DEST_PATH_IMAGE002
、径向壁厚
Figure 2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE003
和轴向高度
Figure 779608DEST_PATH_IMAGE004
；
根据塑性成形中的体积不变原理，有
Figure 2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE005
                                         (1)
同时根据辗扩比为辗扩前毛坯径向截面面积与辗扩后环件径向截面面积之比的定义，有
Figure 838831DEST_PATH_IMAGE006
                                         (2)
由初始的矩形毛坯的结构可知
Figure 2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE007
                                     (3)
Figure 834731DEST_PATH_IMAGE008
                                     (4)
将式(3)和式(4)代入式(1)和式(2)，并联立式(1)和式(2)可得
                                     (5)
Figure 990906DEST_PATH_IMAGE010
                                     (6)
同时，由初始的矩形毛坯的结构还可知
                                        (7)
将式(5)和式(6)代入式(7)后有
Figure 974911DEST_PATH_IMAGE012
                                          (8)
由于选用的成形方式为闭式冷辗扩，故有
Figure 2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE013
                                           (9)
将式(9)代入式(5)、式(6)和式(8)中有
Figure 521430DEST_PATH_IMAGE014
                                     (10)
Figure 2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE015
                                      (11)
                                           (12)
在式(1)~式(12)中，为辗扩比；
Figure 131370DEST_PATH_IMAGE018
、、
Figure 37009DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 133141DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 31696DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 896883DEST_PATH_IMAGE004
分别为矩形毛坯的体积、径向截面面积、外半径、内半径、径向壁厚和轴向高度；
Figure 35741DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 556852DEST_PATH_IMAGE022
分别为双沟球截面环件的体积、径向截面面积和轴向高度；
因此，矩形毛坯的外半径
Figure 72147DEST_PATH_IMAGE001
、内半径
Figure 480257DEST_PATH_IMAGE002
、径向壁厚
Figure 790015DEST_PATH_IMAGE003
和轴向高度
Figure 860740DEST_PATH_IMAGE004
分别按式(10)、式(11)、式(12)和式(9)进行确定；
步骤三，确定辗扩比
Figure 851829DEST_PATH_IMAGE017
取值范围的计算公式，根据环件冷辗扩成形原理，为使整个双沟球截面环件冷辗扩成形过程能顺利地开展并稳定地进行，需满足如下四项条件：
条件1：辗扩比必须大于1，即：
                                           (13)
条件2：在环件冷辗扩过程中，芯辊朝驱动辊的连续进给使得环件的壁厚不断减薄、半径不断长大、截面轮廓逐渐成形，因此毛坯的径向壁厚应大于环件的径向壁厚，且毛坯的内外半径应分别小于环件的内外半径，即：
Figure 691609DEST_PATH_IMAGE024
                                         (14)
Figure 2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE025
                                         (15)
Figure 359220DEST_PATH_IMAGE026
                                          (16)
条件3：毛坯的壁厚一般要小于毛坯的内半径，即：
Figure 2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE027
                                          (17)
条件4：毛坯的内径必须大于芯辊的外半径
Figure 854923DEST_PATH_IMAGE028
，这样才能保证将芯辊放入毛坯内，即：
Figure 2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE029
                                         (18)
在式(13)~式(17)中，
Figure 446442DEST_PATH_IMAGE030
、和分别为双沟球截面环件的外半径、内半径和径向壁厚；
Figure 743354DEST_PATH_IMAGE028
为芯辊的外半径；
下面依次考虑上述四个条件：
1）、将式(12)代入式(14)有
                                        (19)
变形后为
                                       (20)
由双沟球截面环件结构可知
Figure DEST_PATH_IMAGE035
                                      (21)
故将式(21)代入式(20)后有
Figure 42935DEST_PATH_IMAGE036
                                (22)
这意味着：在双沟球截面环件冷辗扩中只要式(20)满足了则式(13)也就自动满足了，
2）、将式(10)代入式(15)有
Figure DEST_PATH_IMAGE037
                                    (23)
对其进行变形后有
Figure 857307DEST_PATH_IMAGE038
                            (24)
由于
Figure DEST_PATH_IMAGE039
总是成立的，故有
Figure 617453DEST_PATH_IMAGE040
.        (25)
3）、将式(11)代入式(16)有
                                   (26)
对其进行变形后有
Figure 572901DEST_PATH_IMAGE042
                           (27)
由于
Figure DEST_PATH_IMAGE043
总是成立的，并考虑到
Figure 771801DEST_PATH_IMAGE044
，故有
Figure DEST_PATH_IMAGE045
                    .        (28)
4）、将式(11)和式(12)代入式(17)有
Figure 378363DEST_PATH_IMAGE046
                                  (29)
对其进行变形并考虑到
Figure 371727DEST_PATH_IMAGE044
，从而有
Figure DEST_PATH_IMAGE047
                                    (30)
5）、将式(11)代入式(18)有
Figure 313007DEST_PATH_IMAGE048
                                 (31)
对其进行变形后有
Figure DEST_PATH_IMAGE049
                          (32)
由于
Figure 987702DEST_PATH_IMAGE050
总是成立的，并考虑到
Figure 511087DEST_PATH_IMAGE044
，故有
Figure DEST_PATH_IMAGE051
                        (33)
另外，还可以计算得出
Figure 643996DEST_PATH_IMAGE052
      (34)
Figure DEST_PATH_IMAGE053
          (35)
综合可知，双沟球截面环件冷辗扩中辗扩比
Figure 885621DEST_PATH_IMAGE017
取值范围的计算公式为
Figure 98428DEST_PATH_IMAGE054
             (36)
步骤四，确定双沟球截面环件的类型及其几何尺寸，双沟球截面环件包括双内沟球截面环件和双外沟球截面环件两类；双沟球截面环件的几何尺寸包括环件的外半径
Figure 741899DEST_PATH_IMAGE030
、内半径
Figure 77065DEST_PATH_IMAGE031
、径向壁厚
Figure 992937DEST_PATH_IMAGE032
和轴向高度
Figure 71752DEST_PATH_IMAGE022
，以及沟球的半径
Figure 2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE055
、径向宽度
Figure 507412DEST_PATH_IMAGE056
和轴向高度；
步骤五，测量获得芯辊的外半径
Figure 279059DEST_PATH_IMAGE028
；
步骤六，将双沟球截面环件的几何尺寸代入到式(37)计算出双沟球截面环件的体积
Figure 918113DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 800619DEST_PATH_IMAGE058
(37)
步骤七，将双沟球截面环件的几何尺寸代入到式(38)计算出双沟球截面环件的径向截面面积
Figure 153103DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure 2013101933355100001DEST_PATH_IMAGE059
             (38)
步骤八，将双沟球截面环件的几何尺寸、体积
Figure 33334DEST_PATH_IMAGE020
和径向截面面积
Figure 658219DEST_PATH_IMAGE021
以及芯辊的外半径
Figure 78836DEST_PATH_IMAGE028
代入到式(36)计算出辗扩比
Figure 551406DEST_PATH_IMAGE017
的取值范围；
步骤九，在所计算出的辗扩比
Figure 602538DEST_PATH_IMAGE017
取值范围内选取
Figure 527769DEST_PATH_IMAGE017
值；
步骤十，将双沟球截面环件的体积
Figure 752077DEST_PATH_IMAGE020
、径向截面面积
Figure 499060DEST_PATH_IMAGE021
和轴向高度，以及所选取的辗扩比值，分别代入到式(10)、式(11)、式(12)和式(9)中计算出矩形毛坯的外半径、内半径
Figure 530153DEST_PATH_IMAGE002
、径向壁厚
Figure 719826DEST_PATH_IMAGE003
和轴向高度
Figure 619649DEST_PATH_IMAGE004
。
2.根据权利要求1所述的确定双沟球截面环件冷辗扩毛坯几何尺寸的方法，其特征在于：所述的双沟球截面环件的径向壁厚
Figure 123442DEST_PATH_IMAGE032
必须大于沟球的径向宽度
Figure 425111DEST_PATH_IMAGE056
，即
Figure 785685DEST_PATH_IMAGE060
。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19629996A1 (de) * 1996-07-25 1998-01-29 Freudenberg Carl Fa Verfahren zur Aufweitung eines ringförmigen Rohlings aus metallischem Werkstoff
RU2006123888A (ru) * 2006-07-03 2008-01-20 ОАО "Русполимет" (RU) Способ изготовления раскатных кольцевых заготовок из высоколегированных никелевых сплавов
CN101829745A (zh) * 2010-04-23 2010-09-15 武汉理工大学 双沟槽截面环件冷辗扩成形的方法
CN102886473A (zh) * 2012-08-31 2013-01-23 太原科技大学 一种环件铸辗复合成形毛坯尺寸的确定方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19629996A1 (de) * 1996-07-25 1998-01-29 Freudenberg Carl Fa Verfahren zur Aufweitung eines ringförmigen Rohlings aus metallischem Werkstoff
RU2006123888A (ru) * 2006-07-03 2008-01-20 ОАО "Русполимет" (RU) Способ изготовления раскатных кольцевых заготовок из высоколегированных никелевых сплавов
CN101829745A (zh) * 2010-04-23 2010-09-15 武汉理工大学 双沟槽截面环件冷辗扩成形的方法
CN102886473A (zh) * 2012-08-31 2013-01-23 太原科技大学 一种环件铸辗复合成形毛坯尺寸的确定方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
华林等: "阶梯截面环件辗扩毛坯设计", 《武汉工学院学报》, vol. 12, no. 2, 30 June 1990 (1990-06-30) *
田亮: "双沟轴承外圈冷辗扩成型理论及工艺研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 1, 15 December 2011 (2011-12-15) *

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