CN104259354B - 一种球阀法兰复合轧环成形方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种球阀法兰复合轧环成形方法

技术领域

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轧环成形方法。

背景技术

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。该类零件也可采用轧环成形，但由于其复杂截面形状，轧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轧环方法，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

针对上述现状，本发明的目的在于提供一种球阀法兰复合轧环成形方法，通过轧环和表面横轧复合，合理设计轧制工艺参数和控制轧制过程，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。

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

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坯轧制；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坯轧制，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坯的形状和尺寸：

(1)确定环坯形状

设R_u、R_g、R_l、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，B_u、B_g、B_l分别为锻件上台阶高度、凹槽高度和下台阶高度，V_us、V_ls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＝B_u+B_g+B_l

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，选择不同环坯形状；

以表示锻件非对称系数；

以K_s＝|K_uls-1|表示锻件非对称度，K_s越大，锻件截面非对称性越显著；

当K_s＜0.05，采用矩形截面环坯；当K_s在0.05～0.15之间，采用锥台型环坯；当K_s＞0.15，采用台阶型环坯；

(2)计算环坯体积V₀

根据塑性变形体积不变原理，环坯体积V₀与锻件体积V相等，即

$V_0=V=\mathrm{\π}(B_u{R}_u^2+B_g{R}_g^2+B_l{R}_l^2)-\mathrm{\π}{\mathrm{Br}}^2$

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

$K_{\mathrm{ul}}=\frac{(R_u^2-r^2)B_u+0.5(R_g^2-r^2)B_g}{(R_l^2-r^2)B_l+0.5(R_g^2-r^2)B_g}$

锻件上半部分体积与锻件总体积之比

则环坯上半部分体积与总体积之比K_u′＝k_vK_u，k_v为修正系数，可取0.85～1，锻件非对称度越大，k_v值取越小；

(3)确定环坯尺寸

采用闭式孔型，取环坯高度与锻件高度相等，即B₀＝B；

以锻件与环坯孔径之比为当量轧比k，可综合考虑锻件尺寸、轧制变形程度和轧制效率确定合理的当量轧比；对于外径1m以下(含1米)的小尺寸锻件，k可取1.2～2；外径大于1m的大尺寸锻件，k可取2～3；

根据当量轧比k即可确定环坯内孔半径

根据环坯体积、高度和内径，可确定三种类型环坯尺寸：

①矩形环坯

环坯外半径 $R_0=\sqrt{\frac{V_0}{\mathrm{\π}{B}_0}+{r_0}^2}$

②锥台型环坯

环坯外表面与回转轴间的夹角

其中 $a=\frac{1}{9}{B_0}^2+\frac{1}{9}{B_m}^2-\frac{1}{9}{B}_0{B}_m,$ $p=\frac{V_0(B_m-B_0{K_u}^{\′})}{\mathrm{\π}{B}_m(B_0-B_m)}-\frac{2V_0(B_m-B_0{K_u}^{\′})(B_0+B_m)}{3\mathrm{\π}{B}_0{B}_m(B_0-B_m)}-{r_0}^2-\frac{V_0}{\mathrm{\π}{B}_0},$ $q=\frac{V_0^2{(B_m-B_0{K_u}^{\′})}^2}{{\mathrm{\π}}^2{B_0}^2{{B_m}^2\left(B_0{-B}_m\right)}^2},$ $B_m=B_u+\frac{B_g}{2};$

环坯小端外半径 $R_0=\frac{V_0(B_m-B_0{K_u}^{\′})}{\mathrm{\π}{B}_0{B}_m(B_0-B_m)\tan \mathrm{\α}}-\frac{1}{3}(B_0+B_m)\tan \mathrm{\α}$

(说明：B_m为环件上端面到凹槽中间面的距离，是一个中间计算量，其计算公式在上面的锥台型环坯计算公式的“其中……”的最后，K_u′表示环坯上半部分体积与总体积之比，在(2)中最后一段有计算方法)

③台阶型环坯

环坯小端外半径 $R_0=\sqrt{\frac{{r_0}^2(2B_u+B_g)+\frac{2V_0{K_u}^{\′}}{\mathrm{\π}}}{2B_u+B_g}}$

台阶高度B_sl＝B_l

台阶长度 $L_{\mathrm{sl}}=\frac{-B_{\mathrm{sl}}{R}_0+\sqrt{{B_{\mathrm{sl}}}^2{R_0}^2-B_{\mathrm{sl}}({R_0}^2{B}_0-{r_0}^2{B}_0-\frac{{\text{V}}_0}{\mathrm{\π}})}}{B_{\mathrm{sl}}};$

2)确定轧制孔型结构和尺寸

轧制孔型由主轧辊、芯辊和两个副轧辊工作面组成；为抑制轧制过程端面金属轴向流动，促使金属填充孔型型腔，主轧辊和两个副轧辊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；芯辊工作面为开式结构圆柱面；各轧辊工作面尺寸按如下确定：

(1)主轧辊和芯辊工作面尺寸

为满足稳定轧制条件，主轧辊凸台面半径R_mg和芯辊工作面半径R_i需满足：

$R_{\mathrm{mg}}\≥\frac{R_i({R_0}^{\′}-r_0)}{17.5\mathrm{\β}{R}_i-({R_0}^{\′}-r_0)},R_i\≥\frac{R_{\mathrm{mg}}({R_0}^{\′}-r_0)}{17.5\mathrm{\β}{R}_{\mathrm{mg}}-({R_0}^{\′}-r_0)}$

其中R₀′为环坯与轧辊的初始接触半径，对于矩形截面和台阶型环坯R₀′＝R₀，对于锥台形截面R₀′＝R₀+(B_u+B_g)tanα，β＝arctanμ为摩擦角，μ为摩擦系数

(说明：μ为摩擦系数，可根据摩擦状态进行试验或查阅文献获取，对于钢的热轧摩擦系数在0.35左右)

为了方便上料时环坯穿入芯辊，一般取芯辊半径

R_i＝r₀-(5～15)mm

此外，为了保证顺利上、下料和轧制成形，主轧辊和芯辊的中心距应在设备极限中心距范围内，则有：

R_mg+(R_g-r)+R_i≥S_min，R_mg-(R_u-R_g)+L_mu+H_max+R_i≤S_max

其中，S_min表示主轧辊和芯辊的中心距最小值，S_max表示主轧辊和芯辊的中心距最大值，H_max为环坯最大壁厚和锻件最大壁厚中的大值，R_u-R_g＜L_mu＜R_u-r，通常取主轧辊上型腔面宽度L_mu＝0.5(2R_u-r-R_g)；

(说明：若H_bmax表示环坯最大壁厚，H_rmax表示环件最大壁厚，则H_max表示H_bmax、H_rmax中的较大值)

综合上述条件可确定R_i、R_mg，进而根据几何关系确定主轧辊上型腔面半径R_mu＝R_mg-(R_u-R_g)、下型腔面半径R_ml＝R_mg-(R_l-R_g)、下型腔面宽度L_ml＝R_mu+L_mu-R_ml、上下型腔侧壁高度B_mu＝B_ml＝(0.1～0.3)B；

为了保证锻件成形精度，根据锻件上台阶高度B_u、凹槽高度B_g和下台阶高度B_l可确定主轧辊上型腔面高度B_mu、凸台面高度B_mg、下型腔面高度B_ml为：

B_mu＝B_u+(0.2～1.5)mm，B_mg＝B_g，B_ml＝B_l+(0.2～1.5)mm

芯辊工作面高度B_i需大于锻件高度，一般取B_i＝B+(5～40)mm；

(2)副轧辊工作面尺寸及位置

左、右两个副轧辊以主轧辊与芯辊中线连线为轴线沿环坯两侧对称布置；为了保证环件与副轧辊接触时受力均衡，副轧辊圆心与锻件中心的连线与轴线的夹角θ一般设计为50°～60°；

两个副轧辊工作面结构尺寸相同，为避免两个副轧辊安装时工作面相互干涉，副轧辊凸台面半径R_cg要满足下列要求：

$R_{\mathrm{cg}}<\frac{R_g(\sin \mathrm{\&theta;}-1)+R_u-L_{\mathrm{cu}}}{1-\sin \mathrm{\&theta;}}$

同时，考虑副轧辊工作受力强度要求，一般可取副轧辊凸台面半径R_cg＝(0.3～0.7)R_mg；

根据R_cg可确定副轧辊上型腔面半径R_cu＝R_cg-(R_u-R_g)、下型腔面半径R_cl＝R_cg-(R_l-R_g)；

由于采用闭式结构，副轧辊上、下型腔面宽度L_cu、L_cl应满足：

L_cu＝L_mu，L_cl＝L_ml

副轧辊上、下型腔面侧壁高度通常取B_cu＝B_cl＝(0.1～0.3)B；

为了减少主、副轧辊与环坯接触进行表面横轧时摩擦力矩，副轧辊凸台高度应比主轧辊略小，而型腔高度应比主轧辊略大，副轧辊上型腔高度B_cu、凸台高度B_cg、下型腔高度B_cl通常确定为：

B_cu＝B_mu+(0.5～2)mm，B_cg＝B_mg-(0.5～2)mm，B_cl＝B_ml+(0.5～2)mm

3)确定轧制成形参数

对于复合轧制过程，其轧制成形参数主要包括轧制线速度、轧制进给速度和轧制时间；

(1)轧制线速度

为保障轧制过程稳定性，轧制线速度v_m通常取0.9～1.5m/s；对于外径1m以下的小尺寸锻件，轧制线速度可取1.2～1.5m/s，对于外径大于1m的大尺寸锻件，轧制线速度可取0.9～1.2m/s；

(2)轧制进给速度

为了满足环坯轧制稳定变形，轧制进给速度v可根据环坯和轧辊尺寸，在下式范围内选取

$v=(0.05~0.7)\frac{2n_m{\mathrm{\&beta;}}^2{R}_{\mathrm{mg}}^2}{{R_0}^{\&prime;}{(1+R_{\mathrm{mg}}/R_i)}^2}(1+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{R_i}+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{{R_0}^{\&prime;}}-\frac{R_{\mathrm{mg}}}{r_0})$

n_m表示主轧辊转速，其计算公式为R_mg为主轧辊凸台面半径，v_m为轧制线速度；

此外，针对复合轧环过程各阶段变形特点，为了保障稳定变形和成形锻件尺寸精度，按轧环、表面横轧、精轧三个阶段分别选取轧制进给速度：

轧环阶段进给速度 $v_1=(0.35~0.7)\frac{2n_m{\mathrm{\&beta;}}^2{R}_{\mathrm{mg}}^2}{{R_0}^{\&prime;}{(1+R_{\mathrm{mg}}/R_i)}^2}(1+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{R_i}+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{{R_0}^{\&prime;}}-\frac{R_{\mathrm{mg}}}{r_0})$

表面横轧阶段进给速度 $v_2=(0.15~0.35)\frac{2n_m{\mathrm{\&beta;}}^2{R}_{\mathrm{mg}}^2}{{R_0}^{\&prime;}{(1+R_{\mathrm{mg}}/R_i)}^2}(1+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{R_i}+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{{R_0}^{\&prime;}}-\frac{R_{\mathrm{mg}}}{r_0})$

精轧阶段进给速度 $v_3=(0.05~0.15)\frac{2n_m{\mathrm{\&beta;}}^2{R}_{\mathrm{mg}}^2}{{R_0}^{\&prime;}{(1+R_{\mathrm{mg}}/R_i)}^2}(1+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{R_i}+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{{R_0}^{\&prime;}}-\frac{R_{\mathrm{mg}}}{r_0})$

(3)轧制时间

轧制时间由轧制进给时间T_v和整圆时间T_r两部分组成；轧制进给时间由各阶段轧制进给量和进给速度确定；

轧制总进给量h、轧环进给量h₁和表面横轧进给量h₂和精轧进给量h₃可按下式确定：

h＝(R₀′-r₀)-(R_g-r)

$h_1=({R_0}^{\&prime;}-r_0)-(R_g-\sqrt{R_g^2-{R_0}^{\&prime;2}+r_0^2})$

$h_2=0.9(h-h_1)=0.9(r-\sqrt{R_g^2-{R_0}^{\&prime;2}+r_0^2})$

$h_3=0.1(h-h_1)=0.1(r-\sqrt{R_g^2-{R_0}^{\&prime;2}+r_0^2})$

从而可确定轧制进给时间其中v₁、v₂、v₃为轧环阶段、表面横轧阶段和精轧阶段轧制进给速度；

整圆过程停止进给，整圆时间根据锻件旋转时间确定；为了实现整圆效果，整圆过程通常保证锻件旋转1至4周，即：

$T_r=(1~4)\frac{2\mathrm{\&pi;}{R}_g}{v_m}$

根据轧制进给时间和整圆时间可确定轧制时间T＝T_v+T_r；

4)轧制成形：

按上述方法设计加工环坯和轧制孔型，将轧制孔型安装于轧制设备内，将环坯放置于芯辊上；针对不同锻件尺寸，采用不同的成形工艺方式；对于外径不超过1m的锻件，可采用立式复合轧环成形；对于外径超过于1m的锻件，宜采用卧式复合轧环成形；两种工艺成形过程均可按轧环、表面横轧、精轧三个阶段进行轧制，按上述各阶段轧制进给速度范围控制轧制进给过程，当环坯外表面轮廓与副轧辊工作面型腔贴合后，停止进给，进行整圆，直至轧制结束。

本发明的有益效果是：通常轧环与表面横轧复合成形球阀法兰，通过轧环使环坯产生整体变形，减小壁厚，扩大直径；通过表面横轧，使环坯产生局部变形，成形表面轮廓。通过合理设计轧制工艺参数和控制轧制过程，最终实现锻件直径尺寸与截面轮廓同步、稳定、精确成形。该方法属于连续局部回转成形工艺范畴，相比传统自由锻成形，具有能耗低、材料利用率高、生产效率高、成形精度好优点，相比普通轧环成形，可避免在压力机上进行环坯预成形，减少了工序，降低了能源和时间消耗。可满足球阀法兰低耗、高效、低成本批量生产制造。

附图说明

图1是本发明型球阀法兰锻件的截面示意图。

图2(a)是本发明矩形环坯截面示意图。

图2(b)是本发明锥台型环坯截面示意图。

图2(c)是本发明台阶型环坯截面示意图。

图3(a)是本发明主轧辊工作面结构示意图。

图3(b)是本发明芯辊工作面结构示意图。

图3(c)是本发明副轧辊工作面结构示意图。

图4是本发明立式复合轧环成形过程示意图。图中：1-主轧辊；2-芯辊；3、4-左、右副轧辊；5-环坯；6-锻件。

图5是本发明卧式复合轧环成形过程示意图。图中：1-主轧辊；2-芯辊；3、4-左、右副轧辊；5、6-左右导向辊；7-环坯；8-锻件。

具体实施方式

一种球阀法兰复合轧环成形方法，包括如下步骤：

1)确定环坯形状和尺寸

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坯轧制；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坯轧制，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坯的形状和尺寸：

(1)确定环坯形状

设R_u、R_g、R_l、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，B_u、B_g、B_l分别为锻件上台阶高度、凹槽高度和下台阶高度，V_us、V_ls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＝B_u+B_g+B_l

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，选择不同环坯形状；

以表示锻件非对称系数；

以K_s＝|K_uls-1|表示锻件非对称度，K_s越大，锻件截面非对称性越显著；

当K_s＜0.05，采用矩形截面环坯【图2(a)所示】；当K_s在0.05～0.15之间，采用锥台型环坯【图2(b)所示】；当K_s＞0.15，采用台阶型环坯【图2(c)所示】；

(2)计算环坯体积V₀

根据塑性变形体积不变原理，环坯体积V₀与锻件体积V相等，即

$V_0=V=\mathrm{\&pi;}(B_u{R}_u^2+B_g{R}_g^2+B_l{R}_l^2)-\mathrm{\&pi;}{\mathrm{Br}}^2$

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

$K_{\mathrm{ul}}=\frac{(R_u^2-r^2)B_u+0.5(R_g^2-r^2)B_g}{(R_l^2-r^2)B_l+0.5(R_g^2-r^2)B_g}$

锻件上半部分体积与锻件总体积之比

则环坯上半部分体积与总体积之比K_u′＝k_vK_u，k_v为修正系数，可取0.85～1，锻件非对称度越大，k_v值取越小；

(3)确定环坯尺寸

采用闭式孔型，取环坯高度与锻件高度相等，即B₀＝B；

以锻件与环坯孔径之比为当量轧比k，可综合考虑锻件尺寸、轧制变形程度和轧制效率确定合理的当量轧比；对于外径1m以下(含1米)的小尺寸锻件，k可取1.2～2；外径大于1m的大尺寸锻件，k可取2～3；

根据当量轧比k即可确定环坯内孔半径

根据环坯体积、高度和内径，可确定三种类型环坯尺寸：

①矩形环坯

环坯外半径 $R_0=\sqrt{\frac{V_0}{\mathrm{\&pi;}{B}_0}+{r_0}^2}$

②锥台型环坯

环坯外表面与回转轴间的夹角

其中 $a=\frac{1}{9}{B_0}^2+\frac{1}{9}{B_m}^2-\frac{1}{9}{B}_0{B}_m,$ $p=\frac{V_0(B_m-B_0{K_u}^{\&prime;})}{\mathrm{\&pi;}{B}_m(B_0-B_m)}-\frac{2V_0(B_m-B_0{K_u}^{\&prime;})(B_0+B_m)}{3\mathrm{\&pi;}{B}_0{B}_m(B_0-B_m)}-{r_0}^2-\frac{V_0}{\mathrm{\&pi;}{B}_0},$ $q=\frac{V_0^2{(B_m-B_0{K_u}^{\&prime;})}^2}{{\mathrm{\&pi;}}^2{B_0}^2{{B_m}^2\left(B_0{-B}_m\right)}^2},$ $B_m=B_u+\frac{B_g}{2};$

环坯小端外半径 $R_0=\frac{V_0(B_m-B_0{K_u}^{\&prime;})}{\mathrm{\&pi;}{B}_0{B}_m(B_0-B_m)\tan \mathrm{\&alpha;}}-\frac{1}{3}(B_0+B_m)\tan \mathrm{\&alpha;}$

(说明：B_m为环件上端面到凹槽中间面的距离，是一个中间计算量，其计算公式在上面的锥台型环坯计算公式的“其中……”的最后，K_u′表示环坯上半部分体积与总体积之比，在(2)中最后一段有计算方法)

③台阶型环坯

环坯小端外半径 $R_0=\sqrt{\frac{{r_0}^2(2B_u+B_g)+\frac{2V_0{K_u}^{\&prime;}}{\mathrm{\&pi;}}}{2B_u+B_g}}$

台阶高度B_sl＝B_l

台阶长度 $L_{\mathrm{sl}}=\frac{-B_{\mathrm{sl}}{R}_0+\sqrt{{B_{\mathrm{sl}}}^2{R_0}^2-B_{\mathrm{sl}}({R_0}^2{B}_0-{r_0}^2{B}_0-\frac{{\text{V}}_0}{\mathrm{\&pi;}})}}{B_{\mathrm{sl}}};$

2)确定轧制孔型结构和尺寸

轧制孔型由主轧辊、芯辊和两个副轧辊工作面组成；为抑制轧制过程端面金属轴向流动，促使金属填充孔型型腔，主轧辊和两个副轧辊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；芯辊工作面为开式结构圆柱面；各轧辊工作面尺寸按如下确定：

(1)主轧辊和芯辊工作面尺寸

为满足稳定轧制条件，主轧辊凸台面半径R_mg和芯辊工作面半径R_i需满足：

$R_{\mathrm{mg}}\&GreaterEqual;\frac{R_i({R_0}^{\&prime;}-r_0)}{17.5\mathrm{\&beta;}{R}_i-({R_0}^{\&prime;}-r_0)},R_i\&GreaterEqual;\frac{R_{\mathrm{mg}}({R_0}^{\&prime;}-r_0)}{17.5\mathrm{\&beta;}{R}_{\mathrm{mg}}-({R_0}^{\&prime;}-r_0)}$

其中R₀′为环坯与轧辊的初始接触半径，对于矩形截面和台阶型环坯R₀′＝R₀，对于锥台形截面R₀′＝R₀+(B_u+B_g)tanα，β＝arctanμ为摩擦角，μ为摩擦系数；

(说明：μ为摩擦系数，可根据摩擦状态进行试验或查阅文献获取，对于钢的热轧摩擦系数在0.35左右)

为了方便上料时环坯穿入芯辊，一般取芯辊半径

R_i＝r₀-(5～15)mm

此外，为了保证顺利上、下料和轧制成形，主轧辊和芯辊的中心距应在设备极限中心距范围内，则有：

R_mg+(R_g-r)+R_i≥S_min，R_mg-(R_u-R_g)+L_mu+H_max+R_i≤S_max

其中，S_min表示主轧辊和芯辊的中心距最小值，S_max表示主轧辊和芯辊的中心距最大值，H_max为环坯最大壁厚和锻件最大壁厚中的大值，R_u-R_g＜L_mu＜R_u-r，通常取主轧辊上型腔面宽度L_mu＝0.5(2R_u-r-R_g)；

(说明：若H_bmax表示环坯最大壁厚，H_rmax表示环件最大壁厚，则H_max表示H_bmax、H_rmax中的较大值)

综合上述条件可确定R_i、R_mg，进而根据几何关系确定主轧辊上型腔面半径R_mu＝R_mg-(R_u-R_g)、下型腔面半径R_ml＝R_mg-(R_l-R_g)、下型腔面宽度L_ml＝R_mu+L_mu-R_ml、上下型腔侧壁高度B_mu＝B_ml＝(0.1～0.3)B；

为了保证锻件成形精度，根据锻件上台阶高度B_u、凹槽高度B_g和下台阶高度B_l可确定主轧辊上型腔面高度B_mu、凸台面高度B_mg、下型腔面高度B_ml为：

B_mu＝B_u+(0.2～1.5)mm，B_mg＝B_g，B_ml＝B_l+(0.2～1.5)mm

芯辊工作面高度B_i需大于锻件高度，一般取B_i＝B+(5～40)mm；

(2)副轧辊工作面尺寸及位置

左、右两个副轧辊以主轧辊与芯辊中线连线为轴线沿环坯两侧对称布置；为了保证环件与副轧辊接触时受力均衡，副轧辊圆心与锻件中心的连线与轴线的夹角θ一般设计为50°～60°；

两个副轧辊工作面结构尺寸相同，为避免两个副轧辊安装时工作面相互干涉，副轧辊凸台面半径R_cg要满足下列要求：

$R_{\mathrm{cg}}<\frac{R_g(\sin \mathrm{\&theta;}-1)+R_u-L_{\mathrm{cu}}}{1-\sin \mathrm{\&theta;}}$

同时，考虑副轧辊工作受力强度要求，一般可取副轧辊凸台面半径R_cg＝(0.3～0.7)R_mg；

根据R_cg可确定副轧辊上型腔面半径R_cu＝R_cg-(R_u-R_g)、下型腔面半径R_cl＝R_cg-(R_l-R_g)；

由于采用闭式结构，副轧辊上、下型腔面宽度L_cu、L_cl应满足：

L_cu＝L_mu，L_cl＝L_ml

副轧辊上、下型腔面侧壁高度通常取B_cu＝B_cl＝(0.1～0.3)B；

为了减少主、副轧辊与环坯接触进行表面横轧时摩擦力矩，副轧辊凸台高度应比主轧辊略小，而型腔高度应比主轧辊略大，副轧辊上型腔高度B_cu、凸台高度B_cg、下型腔高度B_cl通常确定为：

B_cu＝B_mu+(0.5～2)mm，B_cg＝B_mg-(0.5～2)mm，B_cl＝B_ml+(0.5～2)mm

3)确定轧制成形参数

对于复合轧制过程，其轧制成形参数主要包括轧制线速度、轧制进给速度和轧制时间；

(1)轧制线速度

为保障轧制过程稳定性，轧制线速度v_m通常取0.9～1.5m/s；对于外径1m以下的小尺寸锻件，轧制线速度可取1.2～1.5m/s，对于外径大于1m的大尺寸锻件，轧制线速度可取0.9～1.2m/s；

(2)轧制进给速度

为了满足环坯轧制稳定变形，轧制进给速度v可根据环坯和轧辊尺寸，在下式范围内选取

$v=(0.05~0.7)\frac{2n_m{\mathrm{\&beta;}}^2{R}_{\mathrm{mg}}^2}{{R_0}^{\&prime;}{(1+R_{\mathrm{mg}}/R_i)}^2}(1+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{R_i}+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{{R_0}^{\&prime;}}-\frac{R_{\mathrm{mg}}}{r_0})$

(说明：n_m表示主轧辊转速，其计算公式为R_mg为主轧辊凸台面半径，v_m为轧制线速度)

此外，针对复合轧环过程各阶段变形特点，为了保障稳定变形和成形锻件尺寸精度，按轧环、表面横轧、精轧三个阶段分别选取轧制进给速度：

轧环阶段进给速度 $v_1=(0.35~0.7)\frac{2n_m{\mathrm{\&beta;}}^2{R}_{\mathrm{mg}}^2}{{R_0}^{\&prime;}{(1+R_{\mathrm{mg}}/R_i)}^2}(1+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{R_i}+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{{R_0}^{\&prime;}}-\frac{R_{\mathrm{mg}}}{r_0})$

表面横轧阶段进给速度 $v_2=(0.15~0.35)\frac{2n_m{\mathrm{\&beta;}}^2{R}_{\mathrm{mg}}^2}{{R_0}^{\&prime;}{(1+R_{\mathrm{mg}}/R_i)}^2}(1+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{R_i}+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{{R_0}^{\&prime;}}-\frac{R_{\mathrm{mg}}}{r_0})$

精轧阶段进给速度 $v_3=(0.05~0.15)\frac{2n_m{\mathrm{\&beta;}}^2{R}_{\mathrm{mg}}^2}{{R_0}^{\&prime;}{(1+R_{\mathrm{mg}}/R_i)}^2}(1+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{R_i}+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{{R_0}^{\&prime;}}-\frac{R_{\mathrm{mg}}}{r_0})$

(3)轧制时间

轧制时间由轧制进给时间T_v和整圆时间T_r两部分组成；轧制进给时间由各阶段轧制进给量和进给速度确定；

轧制总进给量h、轧环进给量h₁和表面横轧进给量h₂和精轧进给量h₃可按下式确定：

h＝(R₀′-r₀)-(R_g-r)

$h_1=({R_0}^{\&prime;}-r_0)-(R_g-\sqrt{R_g^2-{R_0}^{\&prime;2}+r_0^2})$

$h_2=0.9(h-h_1)=0.9(r-\sqrt{R_g^2-{R_0}^{\&prime;2}+r_0^2})$

$h_3=0.1(h-h_1)=0.1(r-\sqrt{R_g^2-{R_0}^{\&prime;2}+r_0^2})$

从而可确定轧制进给时间其中v₁、v₂、v₃为轧环阶段、表面横轧阶段和精轧阶段轧制进给速度；

整圆过程停止进给，整圆时间根据锻件旋转时间确定；为了实现整圆效果，整圆过程通常保证锻件旋转1至4周，即：

$T_r=(1~4)\frac{2\mathrm{\&pi;}{R}_g}{v_m}$

根据轧制进给时间和整圆时间可确定轧制时间T＝T_v+T_r；

4)轧制成形：

按上述方法设计加工环坯和轧制孔型，将轧制孔型安装于轧制设备内，将环坯放置于芯辊上；针对不同锻件尺寸，采用不同的成形工艺方式；对于外径不超过1m的锻件，可采用立式复合轧环成形，如图4(a)所示；对于外径超过于1m的锻件，宜采用卧式复合轧环成形，如图4(b)所示；两种工艺成形过程均可按轧环、表面横轧、精轧三个阶段进行轧制，按上述各阶段轧制进给速度范围控制轧制进给过程，当环坯外表面轮廓与副轧辊工作面型腔贴合后，停止进给，进行整圆，直至轧制结束。

实施例(一)

以图1所示球阀法兰为具体实施例，要求轧制成形的锻件上台阶半径R_u、凹槽半径R_g、下台阶半径R_l和内半径r分别为728mm、625mm、768mm和380mm，锻件上台阶高度B_u、凹槽高度B_g和下台阶高度B_l分别为128mm、176mm、128mm。其复合轧环成形方法包括以下内容：

1、确定环坯形状和尺寸

1)确定环坯截面形状。根据锻件尺寸计算锻件非对称度K_s＝0.3＞0.15，因此采用台阶型环坯。

2)计算环坯体积。根据锻件体积确定环坯体积为V₀＝470310947mm³，锻件上半部分体积与锻件总体之比K_u＝0.474，取修正系数k_v＝0.995，环坯上半部分体积与总体积之比K_u′＝0.472。

3)确定环坯尺寸。环坯高度B₀＝B＝432mm；根据锻件尺寸，取轧比k＝2.72，确定环坯内孔半径r0＝140mm；进而确定环坯小端外半径R₀＝588.8mm，台阶高度B_sl＝B_l＝128mm，台阶长度L_sl＝53.3mm。

2、确定轧制孔型结构和尺寸

按本发明提供方法确定图3所示的主轧辊、芯辊和副轧辊结构。按本发明提供方法确定主轧辊、芯辊和副轧辊工作面尺寸如下：

主轧辊凸台面半径R_mg、上型腔面半径R_mu、下型腔面半径R_ml分别为500mm、397mm、357mm，上、下型腔宽度L_mu和L_ml分别为296mm和336mm，上型腔高度B_mu、凸台高度Bm_g、下型腔高度B_ml、上侧壁高度B_mu、下侧壁高度B_ml分别为129mm、175mm、129mm、50mm、50mm。

芯辊工作面半径R_i为125mm，工作面高度B_i为460mm。

副轧辊凸台面直径R_cg、上型腔面半径R_cu、下型腔面半径R_cl分别为350mm、247mm、207mm，上、下型腔宽度L_cu和L_cl分别为296mm和336mm，上型腔高度B_cu、凸台高度Bc_g、下型腔高度B_cl、上侧壁高度B_cu、下侧壁高度B_cl分别为130mm、174mm、130mm、50mm、50mm。

副轧辊圆心和锻件圆心连线与轴线夹角θ取为60°。

3、确定轧制成形参数

按本发明提供方法确定轧制线速度为1.1m/s，确定轧环、表面横轧和精轧三个阶段进给速度为2mm/s、1mm/s、0.4mm/s。

轧制时间T

按本发明提供方法确定轧制进时间为185.1s；按锻件旋转两周时间进行整圆，确定整圆时间为7.2s；进而确定轧制时间为192.3s。

4、轧制成形：根据锻件外径尺寸，选择卧式复合轧环成形工艺。按上述环坯尺寸下料制坯，按上述轧制孔型设计加工轧辊，将轧辊安装于轧制设备内，将环坯放入芯辊上，控制轧制进给是速度按轧环、表面横轧和精轧三阶段进行轧制，当环坯外表面轮廓与副轧辊工作面型腔贴合后，进行整圆，直至轧制结束。

实施例(二)

以图1所示球阀法兰为具体实施例，要求轧制成形的锻件上台阶半径R_u、凹槽半径R_g、下台阶半径R_l和内半径r分别为90mm、75mm、95mm和65mm，锻件上台阶高度B_u、凹槽高度B_g和下台阶高度B_l分别为14mm、26mm、14mm。其复合轧环成形方法包括以下内容：

1、确定环坯形状和尺寸

1)确定环坯截面形状。根据锻件尺寸计算锻件非对称度K_s＝0.272＞0.15，因此采用台阶型环坯。

2)计算环坯体积。根据锻件体积确定环坯体积为V₀＝821791mm³，锻件上半部分体积与锻件总体之比K_u＝0.475，取修正系数k_v＝0.996，环坯上半部分体积与总体积之比K_u′＝0.473。

3)确定环坯尺寸。环坯高度B₀＝B＝54mm；根据锻件尺寸，取轧比k＝1.92，确定环坯内孔半径r₀＝25mm；进而确定环坯小端外半径R₀＝72.2mm，台阶高度B_sl＝B_l＝14mm，台阶长度L_sl＝6.6mm。

2、确定轧制孔型结构和尺寸

按本发明提供方法确定图3所示的主轧辊、芯辊和副轧辊结构。按本发明提供方法确定主轧辊、芯辊和副轧辊工作面尺寸如下：

主轧辊凸台面半径R_mg、上型腔面半径R_mu、下型腔面半径R_ml分别为187mm、172mm、167mm，上、下型腔宽度L_mu和L_ml分别为35mm和40mm，上型腔高度B_m1、凸台高度B_mg、下型腔高度B_ml、上侧壁高度B_mu、下侧壁高度B_ml分别为14.3mm、26mm、14.3mm、15mm、15mm。

芯辊工作面半径R_i为20mm，工作面高度B_i为75mm。

副轧辊凸台面直径R_cg、上型腔面半径R_cu、下型腔面半径R_cl分别为78mm、63mm、58mm，上、下型腔宽度L_cu和L_cl分别为35mm和40mm，上型腔高度B_cu、凸台高度B_cg、下型腔高度B_cl、上侧壁高度B_cu、下侧壁高度B_cl分别为14.8mm、25.5mm、14.8mm、15mm、15mm。

副轧辊圆心和锻件圆心连线与轴线夹角θ取为60°。

3、确定轧制成形参数

按本发明提供方法确定轧制线速度为1.3m/s，确定轧环、表面横轧和精轧三个阶段进给速度为2.5mm/s、1.2mm/s、0.4mm/s。

轧制时间T

按本发明提供方法确定轧制进时间为17.6s；按锻件旋转三周时间进行整圆，确定整圆时间为1.1s；进而确定轧制时间为18.7s。

4、轧制成形：根据锻件外径尺寸，选择立式复合轧环成形工艺。按上述环坯尺寸下料制坯，按上述轧制孔型设计加工轧辊，将轧辊安装于轧制设备内，将环坯放入芯辊上，控制轧制进给是速度按轧环、表面横轧和精轧三阶段进行轧制，当环坯外表面轮廓与副轧辊工作面型腔贴合后，进行整圆，直至轧制结束。

经与球阀法兰传统成形工艺相比，上述实施例(一)采用本发明卧式复合轧环成形方法，可节约材料约19％，提高生产效率约4倍，降低生产成本约20％；上述实施例(二)采用本发明立式复合轧环成形方法，可节约材料约24％，提高生产效率约6倍，降低生产成本约23％。

其它材料和尺寸规格的球阀法兰复合轧环成形工艺与上述实例相同，实施效果也相同，在此不再逐一列举实施例。

Claims (1)

1.一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

对于球阀法兰，若其上、下台阶径向与轴向尺寸相同，具有对称截面形状时，采用矩形截面环坯轧制；若其上、下台阶径向或轴向尺寸不相同，具有非对称截面形状时，则应采用异形截面环坯轧制，针对零件的不同几何形状特征，按如下方式确定合理的环坯的形状和尺寸：

(1)确定环坯形状

设R_u、R_g、R_l、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，B_u、B_g、B_l分别为锻件上台阶高度、凹槽高度和下台阶高度，V_us、V_ls分别为锻件上台阶体积、下台阶体积；则锻件总高度B＝B_u+B_g+B_l

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，选择不同环坯形状；

以 $K_{\mathrm{uls}}=\frac{V_{\mathrm{us}}}{V_{\mathrm{ls}}}=\frac{B_u(R_u^2-R_g^2)}{B_l(R_l^2-R_g^2)}$ 表示锻件非对称系数；

以K_s＝|K_uls-1|表示锻件非对称度，K_s越大，锻件截面非对称性越显著；

当K_s<0.05，采用矩形截面环坯；当K_s在0.05～0.15之间，采用锥台型环坯；当K_s>0.15，采用台阶型环坯；

(2)计算环坯体积V₀

根据塑性变形体积不变原理，环坯体积V₀与锻件体积V相等，即

$V_0=V=\mathrm{\&pi;}(B_u{R}_u^2+B_g{R}_g^2+B_l{R}_l^2)-\mathrm{\&pi;}{\mathrm{Br}}^2$

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

$K_{\mathrm{ul}}=\frac{(R_u^2-r^2)B_u+0.5(R_g^2-r^2)B_g}{(R_l^2-r^2)B_l+0.5(R_g^2-r^2)B_g}$

锻件上半部分体积与锻件总体积之比

则环坯上半部分体积与总体积之比K_u′＝k_vK_u，k_v为修正系数，取0.85～1，锻件非对称度越大，k_v值取越小；

(3)确定环坯尺寸

采用闭式孔型，取环坯高度与锻件高度相等，即B₀＝B；

以锻件与环坯孔径之比为当量轧比k，对于外径1m以下的小尺寸锻件，k取1.2～2；外径大于1m的大尺寸锻件，k取2～3；

根据当量轧比k确定环坯内孔半径

根据环坯体积、高度和内径，确定三种类型环坯尺寸：

①矩形环坯

环坯外半径 $R_0=\sqrt{\frac{V_0}{\mathrm{\&pi;}{B}_0}+{r_0}^2}$

②锥台型环坯

环坯外表面与回转轴间的夹角

其中 $a=\frac{1}{9}{B_0}^2+\frac{1}{9}{B_m}^2-\frac{1}{9}{B}_0{B}_m,p=\frac{V_0(B_m-B_0{K_u}^{\&prime;})}{\mathrm{\&pi;}{B}_m(B_0-B_m)}-\frac{{2V}_0(B_m-B_0{K_u}^{\&prime;})(B_0+B_m)}{3\mathrm{\&pi;}{B}_0{B}_m(B_0-B_m)}-{r_0}^2-\frac{V_0}{\mathrm{\&pi;}{B}_0},$ $q=\frac{{V_0}^2{(B_m-B_0{K_u}^{\&prime;})}^2}{{\mathrm{\&pi;}}^2{B_0}^2{B_m}^2{(B_0-B_m)}^2},B=B_u+\frac{B_g}{2};$

环坯小端外半径 $R_0=\frac{V_0(B_m-B_0{K_u}^{\&prime;})}{\mathrm{\&pi;}{B}_0{B}_m(B_0-B_m)\tan \mathrm{\&alpha;}}-\frac{1}{3}(B_0+B_m)\tan \mathrm{\&alpha;}$

B_m为环件上端面到凹槽中间面的距离，K_u′表示环坯上半部分体积与总体积之比；

③台阶型环坯

环坯小端外半径 $R_0=\sqrt{\frac{{r_0}^2({2B}_u+B_g)+\frac{{2V}_0{K_u}^{\&prime;}}{\mathrm{\&pi;}}}{2B_u+B_g}}$

台阶高度B_sl＝B_l

台阶长度 $L_{\mathrm{sl}}=\frac{-B_{\mathrm{sl}}{R}_0+\sqrt{{B_{\mathrm{sl}}}^2{R_0}^2-B_{\mathrm{sl}}({R_0}^2{B}_0-{r_0}^2{B}_0-\frac{V_0}{\mathrm{\&pi;}})}}{B_{\mathrm{sl}}};$

2)确定轧制孔型结构和尺寸

轧制孔型由主轧辊、芯辊和两个副轧辊工作面组成；主轧辊和两个副轧辊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；芯辊工作面为开式结构圆柱面；各轧辊工作面尺寸按如下确定：

(1)主轧辊和芯辊工作面尺寸

主轧辊凸台面半径R_mg和芯辊工作面半径R_i需满足：

$R_{\mathrm{mg}}\&GreaterEqual;\frac{R_i({R_0}^{\&prime;}-r_0)}{17.5\mathrm{\&beta;}{R}_i-({R_0}^{\&prime;}-r_0)},R_i\&GreaterEqual;\frac{R_{\mathrm{mg}}({R_0}^{\&prime;}-r_0)}{17.5\mathrm{\&beta;}{R}_{\mathrm{mg}}-({R_0}^{\&prime;}-r_0)}$

其中R₀′为环坯与轧辊的初始接触半径，对于矩形截面和台阶型环坯R₀′＝R₀，对于锥台形截面R₀′＝R₀+(B_u+B_g)tanα，β＝arctanμ为摩擦角，μ为摩擦系数，

为了方便上料时环坯穿入芯辊，取芯辊半径

R_i＝r₀-(5～15)mm

主轧辊和芯辊的中心距应在设备极限中心距范围内，则有：

R_mg+(R_g-r)+R_i≥S_min，R_mg-(R_u-R_g)+L_mu+H_max+R_i≤S_max

其中，S_min表示主轧辊和芯辊的中心距最小值，S_max表示主轧辊和芯辊的中心距最大值，H_max为环坯最大壁厚和锻件最大壁厚中的大值，R_u-R_g<L_mu<R_u-r，取主轧辊上型腔面宽度L_mu＝0.5(2R_u-r-R_g)；

综合上述条件确定R_i、R_mg，进而根据几何关系确定主轧辊上型腔面半径R_mu＝R_mg-(R_u-R_g)、下型腔面半径R_ml＝R_mg-(R_l-R_g)、下型腔面宽度L_ml＝R_mu+L_mu-R_ml、上下型腔侧壁高度B_mu＝B_ml＝(0.1～0.3)B；

根据锻件上台阶高度B_u、凹槽高度B_g和下台阶高度B_l确定主轧辊上型腔面高度B_mu、凸台面高度B_mg、下型腔面高度B_ml为：

B_mu＝B_u+(0.2～1.5)mm，B_mg＝B_g，B_ml＝B_l+(0.2～1.5)mm

芯辊工作面高度B_i＝B+(5～40)mm；

(2)副轧辊工作面尺寸及位置

左、右两个副轧辊以主轧辊与芯辊中线连线为轴线沿环坯两侧对称布置；副轧辊圆心与锻件中心的连线与轴线的夹角θ设计为50°～60°；

两个副轧辊工作面结构尺寸相同，副轧辊凸台面半径R_cg要满足下列要求：

$R_{\mathrm{cg}}<\frac{R_g(\sin \mathrm{\&theta;}-1)+R_u-L_{\mathrm{cu}}}{1-\sin \mathrm{\&theta;}}$

同时，考虑副轧辊工作受力强度要求，取副轧辊凸台面半径R_cg＝(0.3～0.7)R_mg；

根据R_cg确定副轧辊上型腔面半径R_cu＝R_cg-(R_u-R_g)、下型腔面半径R_cl＝R_cg-(R_l-R_g)；

由于采用闭式结构，副轧辊上、下型腔面宽度L_cu、L_cl应满足：

L_cu＝L_mu，L_cl＝L_ml

副轧辊上、下型腔面侧壁高度取B_cu＝B_cl＝(0.1～0.3)B；

副轧辊上型腔高度B_cu、凸台高度B_cg、下型腔高度B_cl确定为：

B_cu＝B_mu+(0.5～2)mm，B_cg＝B_mg-(0.5～2)mm，B_cl＝B_ml+(0.5～2)mm

3)确定轧制成形参数

对于复合轧制过程，其轧制成形参数主要包括轧制线速度、轧制进给速度和轧制时间；

(1)轧制线速度

轧制线速度v_m取0.9～1.5m/s；对于外径1m以下的小尺寸锻件，轧制线速度取1.2～1.5m/s，对于外径大于1m的大尺寸锻件，轧制线速度取0.9～1.2m/s；

(2)轧制进给速度

轧制进给速度v根据环坯和轧辊尺寸，在下式范围内选取

$v=(0.05~0.7)\frac{{2n}_m{\mathrm{\&beta;}}^2{R}_{\mathrm{mg}}^2}{{R_0}^{\&prime;}{(1+R_{\mathrm{mg}}/R_i)}^2}(1+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{R_i}+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{{R_0}^{\&prime;}}-\frac{R_{\mathrm{mg}}}{r_0})$

n_m表示主轧辊转速，其计算公式为R_mg为主轧辊凸台面半径，v_m为轧制线速度；

轧环、表面横轧、精轧三个阶段分别选取轧制进给速度：

轧环阶段进给速度 $v_1=(0.35~0.7)\frac{{2n}_m{\mathrm{\&beta;}}^2{R}_{\mathrm{mg}}^2}{{R_0}^{\&prime;}{(1+R_{\mathrm{mg}}/R_i)}^2}(1+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{R_i}+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{{R_0}^{\&prime;}}-\frac{R_{\mathrm{mg}}}{r_0})$

表面横轧阶段进给速度 $v_2=(0.15~0.35)\frac{{2n}_m{\mathrm{\&beta;}}^2{R}_{\mathrm{mg}}^2}{{R_0}^{\&prime;}{(1+R_{\mathrm{mg}}/R_i)}^2}(1+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{R_i}+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{{R_0}^{\&prime;}}-\frac{R_{\mathrm{mg}}}{r_0})$

精轧阶段进给速度 $v_3=(0.05~0.15)\frac{2n_m{\mathrm{\&beta;}}^2{R}_{\mathrm{mg}}^2}{{R_0}^{\&prime;}{(1+R_{\mathrm{mg}}/R_i)}^2}(1+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{R_i}+\frac{R_{\mathrm{mg}}}{{R_0}^{\&prime;}}-\frac{R_{\mathrm{mg}}}{r_0})$

(3)轧制时间

轧制时间由轧制进给时间T_v和整圆时间T_r两部分组成；轧制进给时间由各阶段轧制进给量和进给速度确定；

轧制总进给量h、轧环进给量h₁和表面横轧进给量h₂和精轧进给量h₃按下式确定：

h＝(R₀′-r₀)-(R_g-r)

$h_1=({R_0}^{\&prime;}-r_0)-(R_g-\sqrt{R_g^2-{R_0}^{\&prime;2}+r_0^2})$

$h_2=0.9(h-h_1)=0.9(r-\sqrt{R_g^2-{R_0}^{\&prime;2}+r_0^2})$

$h_3=0.1(h-h_1)=0.1(r-\sqrt{R_g^2-{R_0}^{\&prime;2}+r_0^2})$

从而确定轧制进给时间其中v₁、v₂、v₃为轧环阶段、表面横轧阶段和精轧阶段轧制进给速度；

整圆过程停止进给，整圆过程保证锻件旋转1至4周，即：

$T_r=(1~4)\frac{2\mathrm{\&pi;}{R}_g}{v_m}$

根据轧制进给时间和整圆时间确定轧制时间T＝T_v+T_r；

4)轧制成形：

按上述方法设计加工环坯和轧制孔型，将轧制孔型安装于轧制设备内，将环坯放置于芯辊上；对于外径不超过1m的锻件，采用立式复合轧环成形；对于外径超过于1m的锻件，宜采用卧式复合轧环成形；两种工艺成形过程均按轧环、表面横轧、精轧三个阶段进行轧制，按上述各阶段轧制进给速度范围控制轧制进给过程，当环坯外表面轮廓与副轧辊工作面型腔贴合后，停止进给，进行整圆，直至轧制结束。