CN111842743A - 一种管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法，具体按照如下步骤操作:将要进行加工的管筒形坯料套设在芯模上，使芯模和管筒形坯料中心轴线重合；将环筒形模具开始同向旋转，芯模沿中心轴线方向给进；管筒形坯料进入第一环筒形模具，对管筒形坯料进行初步旋轧，将未加工端加工成半成品端；将管筒形坯料的半成品端进入第二环筒形模具，进行再次旋轧，将半成品端加工成成品。本发明的环筒形模具旋轧方法采用模具内表面与管筒形工件外表面进行旋轧加工，工作面为环筒形模具的内圆弧环面，与管筒形坯料接触变形区有更大的包角，材料有更小的周向变形和径向变形速率，同时有较大的金属轴向延伸率，是一种经济、快速成形薄壁回转体零件的技术。

Description

一种管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法

技术领域

本发明涉及旋压和轧制成型技术领域，尤其涉及一种管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法。

技术背景

管筒形工件的旋压或者轧制技术一般是通过旋转模具使金属受力位置由点到线，由线到面，同时在某个方向给予一定的压力使金属材料沿着这一方向变形和流动而形成设定的形状。现有旋压机和轧机多为变形模具的外表面与工件外表面接触，其旋轮或轧辊与管筒形工件的坯料接触变形区接触包角小，易产生纵向裂纹及表面产生明显波纹等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现同时有较大的金属轴向延伸率，是一种经济、快速成形薄壁回转体零件的技术。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法，具体按照如下步骤操作:

步骤1、将要进行加工的管筒形坯料套设在芯模上，使所述芯模和管筒形坯料中心轴线重合；

步骤2、将第一环筒形模具和第二环筒形模具开始同向旋转，所述芯模沿中心轴线方向给进；所述管筒形坯料进入第一环筒形模具；所述第一环筒形模具的第一环状曲面与所述管筒形坯料外表面接触，且沿所述管筒形坯料径向压入，压入深度形成减薄量Δt1；对所述管筒形坯料进行初步旋轧，将未加工端加工成半成品端；

步骤3、将所述管筒形坯料的半成品端进入第二环筒形模具，所述第二环筒形模具的第二环状曲面与所述管筒形坯料外表面接触，且沿所述管筒形坯料径向压入，压入深度形成减薄量Δt2；；对所述管筒形坯料进行再次旋轧，将半成品端加工成成品端；

步骤4、将所述管筒形坯料依次通过所述第一环筒形模具和第二环筒形模具完成旋轧。

优选的，将管筒形坯料与芯模的共同中心轴线设为X1，将所述第一环筒形模具和第二环筒形模具的轴线分别为X21和X22。

优选的，管筒形坯料未加工端外径为D1，管筒形坯料半成品端外径为D2，管筒形坯料成品端外径为D3，其外径关系为D1≥D2≥D3。

优选的，所述第一环筒形模具和第二环筒形模具均为环形旋轮。

优选的，步骤2和步骤3在步骤1形成减薄量Δt后可同时进行，不存在先后顺序。

所述步骤2中的初步旋轧具体为：所述第一环状曲面与所述管筒形坯料的接触面形成接触最低点与接触最高点，接触最低点向所述管筒形坯料中心轴线做垂线，以垂足O1为原点，所述管筒形坯料中心轴线为x轴建立三维旋轧坐标系I；z轴与所述接触最高点形成加工角α1；

将所述第一环筒形模具做空间转动，所述第一环筒形模具的中心轴线在三维旋轧坐标系I的x轴上的投影夹角形成调整角β1，在z轴上的投影夹角形成送进角γ1。

所述步骤3中的再次旋轧具体为：所述第二环状曲面与所述管筒形坯料的接触面形成接触最低点与接触最高点，接触最低点向所述管筒形坯料中心轴线做垂线，以垂足O2为原点，所述管筒形坯料中心轴线为x轴建立三维旋轧坐标系Ⅱ；z轴与所述接触最高点形成加工角α2；

将所述第二环筒形模具做空间转动，所述第二环筒形模具的中心轴线在x轴上的投影夹角形成调整角β2，在z轴上的投影夹角形成送进角γ2。

所述第一环状曲面的最小内径d1需满足：d1·cosβ1与d1·cosγ1二者中小者大于所述管筒形坯料未加工端外径。

所述第二环状曲面的最小内径d2需满足：d2·cosβ2与d2·cosγ2二者中小者大于所述管筒形坯料半成品端外径。

所述第一环筒形模具和第二环筒形模具分别对所述管筒形坯料径向压入所形成的接触最低点与所述管筒形坯料中心轴线共面，且分别处于所述管筒形坯料中心轴线两侧。

所述加工角α1的角度为10°-40°；调整角β1的角度为±20°；送进角γ1的角度为±5°。

所述加工角α2的角度为10°-40°；调整角β2的角度为±20°；送进角γ2的角度为±5°。

优选的，所述调整角β1、β2与送进角γ1、γ2可同向运动也可相反转动；加工角α1、α2与调整角β1、β2二者调整方向相同，并朝向使最低接触点沿X1轴向距离缩短的方向进行调整；

优选的，所述γ1、γ2相对于轴线X1转向相反。

本发明公开了以下技术效果：1.本发明通过同时或者单独改变减薄量Δt、调整角β和送进角γ来实现旋轧工艺参数的调整。

2.通过改变调整角β和送进角γ可以使环筒形模具相对于管坯处于斜置状态，环筒形模具与管筒形坯料旋轧变形区包角范围可调，并产生一个有助于金属材料流动的轴向分速度和推力，从而提高金属流动能力，减小了变形阻力和危险截面上的应力；可避免一般的外旋轮旋压法常易引起的金属堆积、扩径、管子弯曲、纵向裂纹及表面上有明显波纹等缺陷。

3.本发明工作状态下管筒形坯料与芯模一起相对于环筒形模具沿管筒形坯料中心线方向轴向进给，环筒形坯料的变形区域为环形旋轮的内包容面，使材料难于产生周向附加变形；同时相对于外接触式的旋轧方式，其接触变形面积增大，旋轧力增大，旋透性增强。

4.采用两个环形轧辊可实现连续2道次旋轧，提高生产效率；同时，两个接触最低点共面分别位于轧制中心线两侧，有利于抵消单个模具对管筒形工件的径向力及其附件的横向力矩。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明初始状态结构布置示意图。

图2是本发明实施例一工作状态示意图。

图3是本发明实施例一加工角α1、α2示意图。

图4是本发明实施例二结构布置示意图。

图5是本发明实施例二调整角β1、β2在xy平面投影示意图。

图6是本发明实施例二送进角γ1、γ2在yz平面投影示意图。

图7是本发明实施例三结构布置示意图。

其中，1-芯模，2-管筒形坯料，31-第一环筒形模具，32-第二环筒形模具，311-第一环状曲面，321-第二环状曲面，d1-第一环状曲面内径，d2-第二环状曲面内径，α1、α2-加工角，β1，β2-调整角，γ1、γ2-送进角，X1-芯模与管筒形坯料轴线，X21-第一环筒形模具轴线和X22-第二环筒形模具轴线；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法，具体按照如下步骤操作:

步骤1、将要进行加工的管筒形坯料2套设在芯模1上，使芯模1和管筒形坯料2中心轴线重合；

步骤2、将第一环筒形模具31和第二环筒形模具32开始同向旋转，芯模1沿中心轴线方向给进；管筒形坯料2进入第一环筒形模具31；第一环筒形模具31的第一环状曲面311与管筒形坯料2外表面接触，且沿管筒形坯料2径向压入，压入深度形成减薄量Δt1；对管筒形坯料2进行初步旋轧，将未加工端加工成半成品端；

步骤3、将管筒形坯料2的半成品端进入第二环筒形模具32，第二环筒形模具32的第二环状曲面321与管筒形坯料2外表面接触，且沿管筒形坯料2径向压入，压入深度形成减薄量Δt2；；对管筒形坯料2进行再次旋轧，将半成品端加工成成品端；

步骤4、将管筒形坯料2依次通过第一环筒形模具31和第二环筒形模具32完成旋轧。

步骤2中的初步旋轧具体为：第一环状曲面311与管筒形坯料2的接触面形成接触最低点与接触最高点，接触最低点向管筒形坯料2中心轴线做垂线，以垂足O1为原点，管筒形坯料2中心轴线为x轴建立三维旋轧坐标系I；z轴与接触最高点形成加工角α1；

将第一环筒形模具31做空间转动，第一环筒形模具31的中心轴线在三维旋轧坐标系I的x轴上的投影夹角形成调整角β1，在z轴上的投影夹角形成送进角γ1。

步骤3中的再次旋轧具体为：第二环状曲面321与管筒形坯料2的接触面形成接触最低点与接触最高点，接触最低点向管筒形坯料2中心轴线做垂线，以垂足O2为原点，管筒形坯料2中心轴线为x轴建立三维旋轧坐标系Ⅱ；z轴与接触最高点形成加工角α2；

将第二环筒形模具32做空间转动，第二环筒形模具32的中心轴线在x轴上的投影夹角形成调整角β2，在z轴上的投影夹角形成送进角γ2。

第一环状曲面311的最小内径d1需满足：d1·cosβ1与d1·cosγ1二者中小者大于管筒形坯料2未加工端外径。

第二环状曲面321的最小内径d2需满足：d2·cosβ2与d2·cosγ2二者中小者大于管筒形坯料2半成品端外径。

第一环筒形模具31和第二环筒形模具32分别对管筒形坯料2径向压入所形成的接触最低点与管筒形坯料2中心轴线共面，且分别处于管筒形坯料2中心轴线两侧。

加工角α1的角度为10°-40°；调整角β1的角度为±20°；送进角γ1的角度为±5°。

加工角α2的角度为10°-40°；调整角β2的角度为±20°；送进角γ2的角度为±5°。

本发明的实施例中，选用芯模1外形尺寸为外径

管筒形坯料2外形尺寸为外径

壁厚3.5mm，内径

第一环状曲面311和第二环状曲面321最小直径

加工角α1＝α2＝30°。加工工艺参数为：管筒形坯料2送进速度v＝2mm/s，第一环筒形模具31和第二环筒形模具32转速n＝100rpm，同向旋转。

本发明的实施例一，如图2所示，为初始进给状态，调整角β1＝β2＝0，送进角γ1＝γ2＝0；管筒形坯料2内表面套于芯模1外表面，第一环状曲面311和第二环状曲面321包容管筒形坯料2外表面并与之形成内接触。

第一环状曲面311和第二环状曲面321分别沿管筒形坯料2的径向压入管筒形坯料2的未加工端坯料的外表面和半成品端的外表面，压入深度形成减薄量Δt1和Δt2，第一环状曲面311和第二环状曲面321与管筒形坯料2距离轴线X1最近的接触点分别设为21与22，最远的接触点分别设为211和221；所述的接触点21与22与轴线X1共面且分别位于X1轴线的两侧；以接触点21和22向轴线X1做垂线，垂足分别为O1和O2，分别以O1和O2为原点，以轴线X1为x轴，建立三维旋轧坐标系I和三维旋轧坐标系Ⅱ，点21与211、点22与221分别以点O1、O2为顶点形成的角度为加工角α1和α2；

在旋轧工作状态，相对初始状态产生以下2个相对变化：1)管筒形坯料2和芯模1不动，接触点21与22同时或者单独沿着管筒形工件坯料2的径向对减薄量Δt1和Δt2进行调整；2)以接触点21和22为支撑点，第一环筒形模具31和第二环筒形模具32同时或者单独做空间转动，其轴线X21、X22与三维旋轧坐标系I和三维旋轧坐标系Ⅱ内的x轴投影夹角形成调整角β1、β2，在三维旋轧坐标系I和三维旋轧坐标系Ⅱ内的z轴投影夹角形成送进角γ1、γ2。上述相对变化过程1)和2)没有先后顺序。

管筒形坯料2经过管筒形模具的旋轧，形成减薄后的成品端的成品。

本发明的实施例二，环筒形模具为环形旋轮；如图4所示，图中，调整角β1＝β2＝10°，送进角γ1＝γ2＝0.5°；其中，调整角β1、β2与送进角γ1、γ2同向转动；第一环状曲面311和第二环状曲面321压入管筒形坯料2外表面，压入深度为初始减薄量Δt1＝0.9mm，Δt1＝0.6mm，两者形成内接触状态。芯模1与管筒形坯料2主动绕其轴线X1旋转，并沿X1进行轴向进给，如图6所示箭头方向。管筒形工件坯料2与第一环状曲面311和第二环状曲面321接触后带动第一环形旋轮31和第一环形旋轮32分别绕轴线X21、X22旋转。

本发明的实施例三，环筒形模具为环形旋轮；如图7所示；图中，调整角β1＝10°、β2＝-10°，送进角γ1＝0.5°、γ2＝-0.5°；其中，调整角β1、β2与送进角γ1、γ2分别相反转动；环状曲面压入管筒形工件坯料2外表面，压入深度为初始减薄量Δt1＝0.9mm，Δt1＝0.6mm，两者形成内接触状态。芯模1与管筒形坯料2沿轴线X1进行轴向进给，如图7所示箭头方向，所述环筒形模具31、32主动绕其轴线X21、X22旋转。管筒形工件坯料2与环形旋轮内圆弧面311、321接触后带动管坯2与芯模1绕其轴线X1旋转。

本发明所提供的环筒形模具旋轧方法采用模具内表面与管筒形工件外表面进行旋轧加工，工作面为环筒形模具的内圆弧环面，与管筒形坯料接触变形区有更大的包角，材料有更小的周向变形和径向变形速率，同时有较大的金属轴向延伸率，是一种经济、快速成形薄壁回转体零件的技术。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法，其特征在于，具体按照如下步骤操作:

步骤1、将要进行加工的管筒形坯料(2)套设在芯模(1)上，使所述芯模(1)和管筒形坯料(2)中心轴线重合；

步骤2、将第一环筒形模具(31)和第二环筒形模具(32)开始同向旋转，所述芯模(1)沿中心轴线方向给进；所述管筒形坯料(2)进入第一环筒形模具(31)；所述第一环筒形模具(31)的第一环状曲面(311)与所述管筒形坯料(2)外表面接触，且沿所述管筒形坯料(2)径向压入，压入深度形成减薄量Δt1；对所述管筒形坯料(2)进行初步旋轧，将未加工端加工成半成品端；

步骤3、将所述管筒形坯料(2)的半成品端进入第二环筒形模具(32)，所述第二环筒形模具(32)的第二环状曲面(321)与所述管筒形坯料(2)外表面接触，且沿所述管筒形坯料(2)径向压入，压入深度形成减薄量Δt2；；对所述管筒形坯料(2)进行再次旋轧，将半成品端加工成成品端；

步骤4、将所述管筒形坯料(2)依次通过所述第一环筒形模具(31)和第二环筒形模具(32)完成旋轧。

2.根据权利要求1所述的管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法，其特征在于，所述步骤2中的初步旋轧具体为：所述第一环状曲面(311)与所述管筒形坯料(2)的接触面形成接触最低点与接触最高点，接触最低点向所述管筒形坯料(2)中心轴线做垂线，以垂足O1为原点，所述管筒形坯料(2)中心轴线为x轴建立三维旋轧坐标系I；z轴与所述接触最高点形成加工角α1；

将所述第一环筒形模具(31)做空间转动，所述第一环筒形模具(31)的中心轴线在三维旋轧坐标系I的x轴上的投影夹角形成调整角β1，在z轴上的投影夹角形成送进角γ1。

3.根据权利要求1所述的管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法，其特征在于，所述步骤3中的再次旋轧具体为：所述第二环状曲面(321)与所述管筒形坯料(2)的接触面形成接触最低点与接触最高点，接触最低点向所述管筒形坯料(2)中心轴线做垂线，以垂足O2为原点，所述管筒形坯料(2)中心轴线为x轴建立三维旋轧坐标系Ⅱ；z轴与所述接触最高点形成加工角α2；

将所述第二环筒形模具(32)做空间转动，所述第二环筒形模具(32)的中心轴线在x轴上的投影夹角形成调整角β2，在z轴上的投影夹角形成送进角γ2。

4.根据权利要求2所述的管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法，其特征在于，所述第一环状曲面(311)的最小内径d1需满足：d1·cosβ1与d1·cosγ1二者中小者大于所述管筒形坯料(2)未加工端外径。

5.根据权利要求3所述的管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法，其特征在于，所述第二环状曲面(321)的最小内径d2需满足：d2·cosβ2与d2·cosγ2二者中小者大于所述管筒形坯料(2)半成品端外径。

6.根据权利要求1所述的管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法，其特征在于，所述第一环筒形模具(31)和第二环筒形模具(32)分别对所述管筒形坯料(2)径向压入所形成的接触最低点与所述管筒形坯料(2)中心轴线共面，且分别处于所述管筒形坯料(2)中心轴线两侧。

7.根据权利要求2所述的管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法，其特征在于，所述加工角α1的角度为10°-40°；调整角β1的角度为±20°；送进角γ1的角度为±5°。

8.根据权利要求3所述的管筒形工件双环辊内接触式旋轧方法，其特征在于，所述加工角α2的角度为10°-40°；调整角β2的角度为±20°；送进角γ2的角度为±5°。

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