CN105127340B - 一种凹槽斜内孔环件辗扩成形方法 - Google Patents

一种凹槽斜内孔环件辗扩成形方法 Download PDF

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Abstract

一种凹槽斜内孔环件辗扩成形方法,属于环件辗扩成形技术领域,其特征在于工艺步骤如下:1)确定辗扩比λ;2)根据环件尺寸、辗扩比和体积不变原理,确定矩形截面毛坯尺寸,包括外径D0、内径d0和高度H0;3)辗扩孔型设计:根据毛坯和环件的尺寸结构及变形条件,设计驱动辊和芯辊的工作面型腔尺寸;4)确定辗扩工艺参数,包括驱动辊转速、芯辊进给速度、初始辗扩温度以及辗扩终了温度;5)辗扩成形:根据上述设计参数,在闭式辗环机上经连续多道次变形使环坯直径不断扩大、斜内孔和凹槽截面辗扩成形。本发明优点是凹槽斜内孔环件辗扩过程稳定,工艺参数设计合理,环件外形尺寸精确、性能质量好,辗环成品率高,能源和材料浪费低。

Description

一种凹槽斜内孔环件辗扩成形方法
技术领域
[0001] 本发明属于环件辗扩成形技术领域,具体涉及一种凹槽斜内孔环件辗扩成形方 法。
背景技术
[0002] 凹槽环件是指外表面或内表面带有凹槽(槽深约占壁厚的五分之一以上)的异形 环件,图1所示环件的凹槽深度占壁厚的二分之一,且内孔和凹槽上、下内壁具有一定的斜 度,形状尺寸复杂。工程领域常用的双边支重轮体、混凝土搅拌车支撑导轨、双边法兰和高 压球阀体等关键基础件均属于凹槽环件,对其尺寸精度、性能质量以及组织稳定性的要求 较高。该类型环件的凹槽难以通过模锻直接成形,通常是先模锻简单预制坯成形,再经过机 械切削加工出凹槽部位尺寸,但这会导致环件周向金属纤维流线在切削过程中被破坏,组 织性能恶化,生产效率低、材料浪费严重。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种凹槽斜内孔环件辗扩成形方法,可以有效地克服现有技 术存在的缺点。
[0004] 本发明的目的是这样实现的,其特征在于工艺步骤如下:如图1~5所示,
[0005] (1)确定辗扩比A,即根据给定的环件形状尺寸按经验选取辗扩比的范围,A = du/ do,其中du和do分别为环件凹槽部位的内径和毛坯的内径,A的取值范围为2.0~2.5;
[0006] (2)根据凹槽环件尺寸、辗扩比和辗扩变形前后体积不变原理,确定矩形截面环形 毛坯尺寸,凹槽环件体积为:
[0007]
Figure CN105127340BD00031
[0008] 其中,D为环件外径,d2为斜内孔小内径,H为轴向高度,h为凹槽外沿与环件上下端 面之间尺寸,lu为凹槽外沿高度,R u为凹槽圆弧半径,ai、a;*凹槽上、下内壁与水平面夹角, 0为斜内孔壁与环件轴向夹角,辗扩变形前后轴向高度尺寸不变,即毛坯高度H〇 = H,毛坯内 径do = du/入,毛还外名
Figure CN105127340BD00032
[0009] (3)辗扩孔型设计:根据毛坯和环件的尺寸结构、截面形状及辗扩变形条件,设计 驱动辊和芯辊的工作面型腔尺寸;驱动辊为主乳辊,其工作面型腔与凹槽环件截面形状对 应,芯辊工作面设计为中部带外台阶形状,辗扩变形过程采用闭式孔型,芯辊外台阶沿环坯 径向不断将其压入驱动辊工作面型腔;驱动辊与芯辊的工作面半径应满足:(l/RMi+1/R〗)< 1.750/Ho,R M1为驱动辊最大型腔位置半径,R〗为芯辊外台阶半径,0 = tarTV为摩擦角,y为摩 擦系数,取值范围为0.5~0.7,RM1、Ri根据总进给量A h= [ (DQ-d0)-(D-du) ]/2并结合与辗扩 过程咬入条件和锻透条件的关系确定;芯辊外台阶高度与驱动辊工作面型腔高度一致,工 作面型腔高度Hm=H〇+6~10mm,且为了提高辗扩时金属的流动性,设计型腔上下内壁与水平 面夹角T为0°~6° ;
[0010] (4)确定辗扩工艺参数,包括驱动辊转速、芯辊进给速度、初始辗扩温度以及辗扩 终了温度:辗扩过程中驱动辊转速采用28.3~30.6r/min,芯辊进给速度采用不同的规范, 咬入阶段进给速度由Omm/s增加到1.5mm/s,逐渐咬入形成凹槽轮廓,完成凹槽部位成形总 量的30%;稳定辗扩阶段由1.5mm/s增加到2.0mm/s,快速辗扩得到凹槽完整形状,凹槽部位 成形达到90% ;精确校圆、整形阶段由2.Omm/s减小到0.5mm/s,对凹槽和斜内孔尺寸进行校 整;根据锻造温度范围确定初始辗扩温度为1100~1150°C,并控制辗扩终了温度在870~ 900。。;
[0011] (5)辗扩成形:根据上述设计参数,在闭式辗环机上经过连续多道次变形使环坯直 径不断扩大、斜内孔和凹槽截面辗扩成形。
[0012] 本发明的优点及积极效果:采用本发明可以实现凹槽斜内孔环件辗扩过程的稳定 进行和工艺参数的合理设计,环件的外形尺寸精确、内部组织性能质量较高,提高了辗环成 品率,降低了能源和材料的浪费。
附图说明
[0013] 图1为凹槽斜内孔环件的截面示意图。
[0014] 图2为毛坯的截面示意图。
[0015] 图3为驱动辊截面示意图。
[0016] 图4为芯辊截面示意图。
[0017]图5为凹槽斜内孔环件辗扩示意图。
[0018]图中:1_芯辊2-导向辊3-凹槽斜内孔环件4-驱动辊
[0019] D-环件外径,H-轴向高度,cU-斜内孔大内径,d2-斜内孔小内径,h-凹槽外沿 与环件上下端面之间尺寸,In-凹槽外沿高度,Ru-凹槽圆弧半径,du-凹槽部位内径,(^一 凹槽上内壁与水平面夹角,a 2-凹槽下内壁与水平面夹角,0-斜内孔壁与环件轴向夹角, Do一毛还外径,Ho-毛还尚度,do-毛还内径,Dm-驱动混外径,Rmi-驱动混最大型腔位置半 径,DM1-驱动辊最大型腔位置直径,R〗一芯辊外台阶半径,Hm-工作面型腔高度,丫一型腔 上下内壁与水平面夹角,D〗一芯辊外台阶外径,H〗一芯辊外台阶高度,cU-芯辊内台阶外径
具体实施方式
[0020]以图1所示凹槽斜内孔环件为具体实施例,要求辗扩成形的凹槽斜内孔环件尺寸 为:环件外径D = 1843mm,斜内孔大内径di = 1715mm,斜内孔小内径d2 = 1686mm,轴向高度H= 60mm,凹槽圆弧半径Ru = 12mm,凹槽部位内径du = 1783mm,凹槽外沿与环件上下端面之间尺 寸h=15mm,凹槽外沿高度hi = 30mm,凹槽上、下内壁与水平面夹角(^、(^分别为6°、5°,斜内 孔壁与环件轴向夹角0为14°;辗扩成形的工艺步骤是:如图1~5所示,
[0021 ] (1)确定辗扩比A,根据给定的环件形状尺寸按经验选取辗扩比的范围,A = du/do, 其中cUPdo分别为环件凹槽部位的内径和毛坯的内径,该实施例取A = 2.2;
[0022] (2)根据凹槽环件尺寸、辗扩比和辗扩变形前后体积不变原理,确定矩形截面环形 毛坯尺寸,凹槽环件体积为:
[0023] V 二 /
Figure CN105127340BD00051
[0024] 辗扩变形前后轴向高度尺寸不变,即毛还高度H〇 = H = 60mm,毛还内径d〇 = du/入= 810mm,毛还外妇
Figure CN105127340BD00052
[0025] (3)辗扩孔型设计:根据毛坯坯和环件的尺寸结构、截面形状及辗扩变形条件,设 计驱动辊和芯辊的工作面型腔尺寸,驱动辊为主乳辊,其工作面型腔与凹槽环件截面形状 对应,芯辊工作面设计为中部带外台阶形状,辗扩变形过程采用闭式孔型,芯辊外台阶沿环 坯径向不断将其压入驱动辊工作面型腔;驱动辊与芯辊的工作面半径应满足"l/Rm+l/RD 彡1.750/Ho,RM1为驱动辊最大型腔位置半径,R〗为芯辊外台阶半径,0 = tarTV为摩擦角,y为 摩擦系数,取^ = 〇.6,如1、1?1根据总进给量八11=[(00-(10)-(0-(1 11)]/2并结合与辗扩过程咬入 条件和锻透条件的关系确定,Rmi = 170mm,Ri = 220mm;芯辑外台阶高度与驱动辑工作面型腔 高度一致,工作面型腔高度HM=HQ+6~10mm = 70mm,且为了提高辗扩时金属的流动性,设计 型腔上下内壁与水平面夹角T为0°~6°,该实例中取y为5° ;
[0026] (4)确定辗扩工艺参数,包括驱动辊转速、芯辊进给速度、初始辗扩温度以及辗扩 终了温度:辗扩过程中驱动辊转速采用28.3r/min,芯辊进给速度采用不同的规范,咬入阶 段进给速度由〇mm/s增加到1.5mm/s,逐渐咬入形成凹槽轮廓,完成凹槽部位成形总量的 30%;稳定辗扩阶段由1.5mm/s增加到2.0mm/s,快速辗扩得到凹槽完整形状,凹槽部位成形 达到90% ;精确较圆、整形阶段由2. Omm/s减小到0.5mm/s,对凹槽和斜内孔尺寸进行校整; 根据锻造温度范围确定初始辗扩温度为1140°C,并控制辗扩终了温度在890°C ;
[0027] (5)辗扩成形:根据上述设计参数,在闭式辗环机上经过连续多道次变形使环坯直 径不断扩大、斜内孔和凹槽截面辗扩成形。

Claims (1)

1. 一种凹槽斜内孔环件辗扩成形方法,其特征在于工艺步骤如下: (1) 确定辗扩比λ,根据给定的环件形状尺寸按经验选取辗扩比的范围,λ = du/do,其中 cUPdo分别为环件凹槽部位的内径和毛坯的内径,λ的取值范围为2.0~2.5; (2) 根据凹槽环件尺寸、辗扩比和辗扩变形前后体积不变原理,确定矩形截面环形毛坯 尺寸,凹槽环件体积为:
Figure CN105127340BC00021
其中,D为环件外径,d2为斜内孔小内径,Η为轴向高度,h为凹槽外沿与环件上下端面之 间尺寸,lu为凹槽外沿高度,Ru为凹槽圆弧半径,^、(^为凹槽上、下内壁与水平面夹角,β为 斜内孔壁与环件轴向夹角;辗扩变形前后轴向高度尺寸不变,即毛坯高度Η〇 = Η,毛坯内径do = du/A,毛坯外径
Figure CN105127340BC00022
(3) 辗扩孔型设计:根据毛坯和环件的尺寸结构、截面形状及辗扩变形条件,设计驱动 辊和芯辊的工作面型腔尺寸;驱动辊为主乳辊,其工作面型腔与凹槽环件截面形状对应,芯 辊工作面设计为中部带外台阶形状,辗扩变形过程采用闭式孔型,芯辊外台阶沿环坯径向 不断将其压入驱动辊工作面型腔;驱动辊与芯辊的工作面半径应满足:(l/Rm+1/fo)< 1.75 9/H〇,Rm1为驱动辊最大型腔位置半径,办为芯辊外台阶半径,0 = tarTV为摩擦角,μ为摩擦系 数,取值范围为〇. 5~0.7,-、珩根据总进给量Δ h = [ (DQ-dQ)-(D-du) ]/2并结合与辗扩过程 咬入条件和锻透条件的关系确定;芯辊外台阶高度与驱动辊工作面型腔高度一致,工作面 型腔高度Hm=H〇+6~10mm,且为了提高辗扩时金属的流动性,设计型腔上、下内壁与水平面 夹角γ为〇°~6° ; (4) 确定辗扩工艺参数,包括驱动辊转速、芯辊进给速度、初始辗扩温度以及辗扩终了 温度,辗扩过程中驱动辊转速采用28.3~30.6r/min,芯辊进给速度采用不同的规范,咬入 阶段进给速度由Omm/s增加到1.5mm/s,逐渐咬入形成凹槽轮廓,完成凹槽部位成形总量的 30%;稳定辗扩阶段由1.5mm/s增加到2.0mm/s,快速辗扩得到凹槽完整形状,凹槽部位成形 达到90% ;精确校圆、整形阶段由2. Omm/s减小到0.5mm/s,对凹槽和斜内孔尺寸进行校整; 根据锻造温度范围确定初始辗扩温度为1100~1150°C,并控制辗扩终了温度在870~900 °C; (5) 辗扩成形:根据上述设计参数,在闭式辗环机上经过连续多道次变形使环坯直径不 断扩大、斜内孔和凹槽截面辗扩成形。
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