CN112733250A - 一种筒形件对轮旋压内外旋轮减薄量的确定方法 - Google Patents
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Abstract
一种筒形件对轮旋压内外旋轮减薄量的确定方法，通过综合考虑对轮旋压时薄壁筒形件直径D、旋压毛坯初始壁厚t0、金属材料种类及强度、旋压机刚性、旋轮数量、旋轮圆角半径及攻角、冷却方式及冷却液流量等因素对薄壁筒形件对轮旋压成形精度的影响规律，确定筒形件道次总减薄量Δt，该道次总减薄量Δt对应的减薄率θ为30％‑80％，并根据总减薄量Δt确定薄壁筒形件对轮旋压时的内旋轮减薄量Δt1和外旋轮减薄量Δt2的计算方法，为高精度薄壁筒形件对轮旋压时内旋轮减薄量Δt1、外旋轮减薄量Δt2的计算、选取提供依据。用于指导薄壁筒形件对轮旋压实际生产及加工过程，方便快捷的设定内外旋轮减薄量参数，用于稳定成形高精度对轮旋压筒形件。
Description
技术领域
本发明涉及旋压制造行业，具体是定义一个筒形件对轮旋压时的内外旋轮减薄量的计算方法用于指导筒形件的对轮旋压生产加工。
背景技术
随着我国航空、航天技术以及国民经济的迅速发展，对直径2500mm及以上的薄壁金属旋压筒形件的需求也越来越多、越来越迫切，且零件的精度要求也越来越高，采用无芯模的对轮旋压工艺能够有效解决这一问题，并具有柔性加工、设备简单和成形精度高等优点。目前，对于直径2500mm及以上的圆筒，均采用无芯模的对轮旋压成形工艺，该工艺技术由强力旋压发展而来，用旋轮代替了传统旋压芯模，采用一对或几对旋轮同时对筒形件坯料内外表面进行减薄加工，使其伸长成为薄壁筒形件。对轮旋压成形工艺由于不受筒形件直径、坯料壁厚及长度限制，可成形不同直径薄壁金属筒形件而不需要旋压模具；可实现薄壁筒形件的柔性成形，对轮旋压成形工艺提高了金属材料的组织致密性和机械性能，可降低固体发动机壳体的整体重量；对轮旋压时，金属材料对称流动变形，筒形件加工精度高；旋轮成对内外旋压成形，可实现单道次高达90％冷加工变形量，大幅提高生产效率。因此，对于薄壁金属筒形件对轮旋压工艺参数、工装参数的稳定性、适用性、参数选取的科学性、快捷性等要求也越来越高。
成对的内外旋轮道次减薄量是薄壁金属筒形件对轮旋压工艺的重要参数。该参数的选取具有一些传统筒形件强力旋压成形方式的基本特点，例如在一定范围内，对于一定的金属材料，在一定的变形条件下，其道次减薄量有一定的范围，超过该范围，筒形件的塑性变形将不能正常进行。当减薄量较小时，变形区金属无法有效压透，不能充分变形，表层金属与内层金属的不同步流动会导致筒形件变形区金属拉裂、起皮等缺陷的产生；采用大的道次减薄量时，可以减少旋压道次，提高生产效率，并可获得比较显著的材料强化的效果，但是，当减薄量过大时，旋压机旋压力增加，筒形件容易出现堆积、隆起等缺陷，旋轮下方的金属变形处于局部不稳定状态，筒形件表面出现较粗的表观旋压纹路，造成产品壁厚偏差较大，圆度、直线度等形位精度较差，甚至使旋压件产生扭曲失稳、开裂；同时，过大的道次减薄量会降低旋压芯模、旋轮等工装的使用寿命，造成生产成本的增加。采用对轮旋压成形工艺时，除了需要考虑传统筒形件强力旋压成形方式的基本特点，内外旋轮减薄量的选取还需要综合考虑筒形件对轮旋压工艺的显著特点，例如由于对轮旋压时筒形件内外表面同时参与变形且无旋压芯模的有效支撑，变形区金属的受力平衡与变形稳定是影响筒形件成形精度最为关键的因素，各工艺参数、旋轮参数的选取以保证受力平衡与稳定变形为第一原则；对轮旋压时筒形件金属变形区具有对称性，筒形件残余应力状态得到明显改善，筒形件形状和尺寸精度较高，但是由于筒形件内外表面变形区金属的直径不同，内表面直径相对较小，曲率较大，在相同的工艺、工装参数下，内表面金属的流动性较外表面略差、旋压力及残余应力也存在一定偏差，当偏差较大时，容易出现扭曲失稳，因此，需要调整内外旋轮减薄量参数来改善薄壁筒形件内外金属的流动性，平衡内外旋压力、降低残余应力，进而保障薄壁筒形件对轮旋压成形时的金属稳定变形，提高筒形件产品质量；与此同时，由于对轮旋压时，内外层金属同时参与变形，在相同的初始壁厚和变形程度下，由于对轮旋压时旋轮成对出现，加工量由两倍旋轮完成，所以旋压力为有模旋压时的一半，因此，较传统强力旋压工艺可实现单道次更高的旋压变形量。因此，合理有效且准确的内外旋轮减薄量对于薄壁筒形件对轮旋压产品质量控制具有重要意义。
现有技术中，在薄壁筒形件对轮旋压时的内外旋轮减薄量的计算、设定主要采取两套方案：1、依据传统筒形件强力旋压生产经验直接取值；2、简单的计算机数值模拟后取值，上述两种方案存在以下几点不足：
1、依据传统筒形件强力旋压生产经验直接取值。各生产单位根据自身所加工产品的规格尺寸、材料强度及种类、筒形件直径、各道次壁厚减薄情况、旋压机的加工能力以及其他特殊的情况，总结一些相对稳定的筒形件传统强力旋压时的旋轮减薄量取值经验，依据传统加工经验，对轮旋压道次总减薄量为旋压毛坯初始厚度的30％～35％；内外旋轮道次壁厚减薄量均为道次壁厚总减薄量的50％；并依据该经验参数结合生产单位的对轮旋压工装、旋压机的加工能力，在一定范围内对筒形件对轮旋压时的内外旋轮减薄量的选取进行指导，但依据传统的筒形件强力旋压生产经验选取的对轮旋压内外旋轮减薄量的方法未充分考虑薄壁筒形件对轮旋压工艺的特殊性，其稳定性、适用性、普及性、科学性较差，该经验不具有普遍的推广意义。
2、简单的计算机数值模拟后取值。计算机数值模拟可以有效地指导生产实践且不需要付出旋压机、旋压模具、旋轮、旋压毛坯等生产资料成本，是目前制造业主流的工艺、工装参数优化方式。计算机数值模拟结果一般可对旋压工装及工艺参数等做出判断，但需要充分考虑旋压筒形件材料、筒形件直径、旋压毛坯初始壁厚以及道次减薄量等参数的设定，存在考虑不够全面等现象，且模型建立过程复杂，计算量较大，费时费力，对工艺技术人员的专业能力要求较高，不具备快速、便捷的实用性，且计算得到的薄壁筒形件内外旋轮减薄量往往需要进一步根据多次试旋压加工结果进行调节，不具备充分的生产实际的指导意义。
发明内容
为克服现有技术中存在的精度低、确定过程复杂的不足，本发明提出了一种筒形件对轮旋压内外旋轮减薄量的确定方法。
本发明的具体过程是：
第一步，确定减薄量的影响因素：
所述减薄量是对筒形件进行内外旋压时的减薄量。
所述确定的减薄量的影响因素包括薄壁筒形件直径D、旋压毛坯初始壁厚t0、金属材料种类及强度、旋压机刚性、旋轮数量、旋轮圆角半径R及攻角、冷却方式及冷却液流量。
所确定的旋轮数量为四对，内旋轮圆角半径R1＝15mm，攻角θ1＝30°；外旋轮圆角半径R2＝13mm，攻角θ2＝30°；无旋压芯模；冷却方式为水冷；冷却液流量≥360L/min。
第二步，确定各常数取值：
所述的各常数包括：
Ⅰ筒形件对轮旋压道次总减薄量Δt。
Ⅱ对轮旋压筒形件直径D对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子K1。
当对轮旋压筒形件直径2000mm～5000mm时，影响因子K1为0.01～0.015；影响因子K1随着旋压毛坯直径D的增加该影响因子减小；
对轮旋压筒形件直径每增加500mm，所述影响因子的值增加0.001；
Ⅲ筒形件旋压毛坯初始壁厚t0对对轮旋压时内外旋轮圆角半径的影响因子K2。
所述K2为常数，该影响因子K2在对轮旋压筒形件直径为2500mm～5000mm、旋压毛坯初始壁厚为20mm～50mm为0.02～0.05，且随着旋压毛坯初始壁厚t0的增加而增加；对轮旋压筒形件旋压毛坯初始壁厚t0每增加10mm，所述影响因子K2的值增加0.01。
Ⅳ金属材料种类及其强度、旋压机刚性、旋轮数量、旋轮圆角半径及攻角、冷却方式及冷却液流量因素对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子K3。
所述影响因子K3随着旋压机及其刚性的增加而降低、随着旋轮数量的增加而降低、随着旋轮回弹量的增加而降低、旋压材料及其强度的增加而降低。影响因子K3取0.8～1.2。
Ⅴ对轮旋压时对内旋轮的减薄量的影响因子K0。对轮旋压筒形件直径为2500mm～5000mm时取0.5～0.6，且随着对轮旋压筒形件直径D的增加而减小，直径越大，影响因子K0越趋近于0.5，内旋轮的减薄量与外旋轮的减薄量越趋于相同。
第二步，各旋轮圆角半径的计算：
Δt1＝K0Δt (2)
Δt2＝(1-K0)Δt (3)
各参数定义如下：
Δt为筒形件对轮旋压道次总减薄量；
K1为常数，表征旋压筒形件直径D对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子；
D为对轮旋压筒形件毛坯直径；
K2为常数，表征筒形件旋压毛坯初始壁厚t0对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子；
Δt0为对轮旋压时筒形件旋压毛坯初始壁厚；
K3为常数，表征金属材料种类及其强度、旋压机刚性、旋轮圆角半径及攻角、冷却方式及冷却液流量对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子；
Δt1为对轮旋压时内旋轮的减薄量；
K0为常数，表征对轮旋压时对内旋轮的减薄量的影响因子；
Δt2为对轮旋压时外旋轮的减薄量。
采用四对旋轮同步反向旋压的对轮旋压成形时，所述单道次壁厚总减薄量为15mm，内旋轮的减薄量Δt1取7.8mm，外旋轮的减薄量Δt2取7.2mm。
本发明涉及旋压制造行业，通过综合考虑对轮旋压时薄壁筒形件直径D、旋压毛坯初始壁厚t0、金属材料种类及强度、旋压机刚性、旋轮数量、旋轮圆角半径及攻角、冷却方式及冷却液流量等因素对薄壁筒形件对轮旋压成形精度的影响规律，确定筒形件道次总减薄量Δt，该道次总减薄量Δt对应的减薄率θ的范围一般在30％-80％内选取，并根据总减薄量Δt定义一个薄壁筒形件对轮旋压时的内旋轮减薄量Δt1、外旋轮减薄量Δt2的计算方法，为高精度薄壁筒形件对轮旋压时内旋轮减薄量Δt1、外旋轮减薄量Δt2的计算、选取提供依据。用于指导薄壁筒形件对轮旋压实际生产及加工过程，方便快捷的设定内外旋轮减薄量参数，用于稳定成形高精度对轮旋压筒形件。
与现有技术相比较，本发明取得的有益效果为：
1.首次对筒形件对轮旋压时内外旋轮减薄量的确定、选取进行了定量计算。现有的选取方式一般有两种，依据传统筒形件强力旋压生产经验直接取值或依据计算机数值模拟结果取值。依据传统经验取值时，各生产单位由于所加工产品的规格尺寸、材料强度及种类、筒形件直径、各道次壁厚减薄情况、旋压机的加工能力以及其他特殊的情况的差异，所总结的一些相对稳定的筒形件传统强力旋压时的旋轮减薄量取值经验往往并不具备参考性。例如，传统筒形件强力旋压时，道次壁厚减薄量一般选取旋压毛坯厚度的30％-35％，该数值在筒形件旋压毛坯壁厚为20mm～30mm时，筒形件金属变形稳定，所加工筒形件产品尺寸及形位精度能达到工艺控制要求；当筒形件旋压毛坯壁厚大于30mm时，道次壁厚减薄量选取旋压毛坯厚度的30％～35％时，道次壁厚总减薄量较大，这时旋压机旋压力增加，筒形件容易出现堆积、隆起等缺陷，各旋轮下方的金属变形处于局部大变形、不稳定状态，筒形件表面出现较粗的表观旋压纹路，造成产品壁厚偏差较大，筒形件圆度、直线度等形位精度较差，甚至产生扭曲失稳、开裂造成产品报废，甚至旋压机故障，同时，过大的道次减薄量还会降低旋压芯模、旋轮等工装的使用寿命，造成生产成本的增加；但当旋压毛坯壁厚小于10mm时，道次壁厚减薄量仍依据传统经验选取旋压毛坯厚度的30％～35％进行强力旋压加工时，总的道次壁厚减薄量较小，旋压毛坯仅有表层金属在流动，这时变形区金属无法有效压透，金属不能充分变形，表层金属与内层金属的不同步流动会导致筒形件变形区金属拉裂、起皮等缺陷造成产品报废，拉裂的金属会划伤、损坏旋压模具、旋轮等工装，导致生产成本的增加；计算机数值模拟结果可对旋压道次壁厚减薄量做出一个初步的定量判断，但由于数值模拟时，需要充分考虑旋压温度、筒形件材料、筒形件直径、旋压毛坯初始壁厚、旋轮数量及结构参数、旋压芯模参数、旋压机刚性、冷却方式及冷却液流量，以及旋压机主轴转速、旋轮进给速度、旋压间隙、旋轮错距量等旋压工艺参数的设定，且各参数的设定时多为理想状态，例如旋压模具、旋轮多设定为理想刚体，金属材料多设定为理想弹塑体，常温旋压时，变形温度一般设定为不变化的固定温度，一般不涉及旋压机刚性及旋轮回弹等，由于数值模拟总是存在无法充分考虑各影响因素等现象，导致模型建立过程复杂，计算量较大，费时费力，对工艺技术人员的专业能力要求较高，不具备快速、便捷的实用性，且计算得到的薄壁筒形件内外旋轮减薄量往往需要进一步根据多次试旋压加工结果进行调节、修正，不具备生产实际的指导及推广意义。本发明则通过设定多个影响因子参数，对影响薄壁筒形件内外旋轮减薄量的筒形件直径、旋压毛坯壁厚等多个关键因素进行定量分析，对薄壁筒形件内外旋轮减薄量分配原则进行定量分析，从而确定最终的薄壁筒形件内外旋轮总减薄量以及内外各旋轮减薄量，能够指导薄壁筒形件强力旋压的生产加工。
2.该计算方法在确定对轮旋压内外旋轮减薄量参数时，充分考虑了筒形件直径、旋压毛坯初始壁厚、金属材料种类及其强度、旋压机刚性、旋轮数量、旋轮圆角半径及攻角、冷却方式及冷却液流量等因素对筒形件对轮旋压成形精度的影响规律，与实际生产相吻合，具有较好的适用性。传统筒形件强力旋压成形时，在道次壁厚减薄量一定且金属变形充分的情况下，筒形件直径越小，塑性变形应力应变状态越复杂，靠近内层的金属由于旋压芯模的支撑与约束，以及曲率较大导致的流动困难会出现错层开裂现象，筒形件塑性成形质量较差，当筒形件直径为200mm时，现有技术筒形件壁厚成形精度可达±0.10mm；筒形件直径越大，其塑性变形越接近于板材轧制的平面应力应变状态，这时塑性成形效果越好，当筒形件直径为2000mm时，现有技术筒形件壁厚成形精度可达±0.10mm。采用对轮旋压方法所加工的筒形件产品直径一般大于2500mm，对于该直径尺寸范围的对轮旋压筒形件毛坯来说，其内外直径的差值相对直径的值较小，例如对于直径3000mm、旋压毛坯初始壁厚50mm的筒形件，其直径壁厚比为60，远大于传统筒形件强力旋压成形的直径壁厚比值；对于直径大于2500mm的对轮旋压筒形件产品，其内外层变形区金属的曲率差值也较小，内外层变形区金属的流动性差别较小，直径越大，流动性的差别越小，当直径增加至5000mm时，内外层金属的流动基本可以等同于板材轧制。因此，采用一个常数K1来表征旋压筒形件直径D对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子，当对轮旋压筒形件直径为2500mm～5000mm时，常数K1为0.01～0.015；随着旋压毛坯直径D的增加而减小；根据理论计算、数值模拟分析及筒形件对轮旋压试验检测数据分析可知，对轮旋压筒形件直径每增加约500mm，该影响因子的值增加0.001，采用该方法确定的道次减薄量所加工的对轮旋压筒形件壁厚成形精度可达±0.05mm。
筒形件旋压毛坯初始壁厚决定了整个旋压工艺方案流程的制定以及各道次工艺参数的选取，是保证筒形件产品精度要求的重要指标。筒形件旋压毛坯初始壁厚较厚时，旋压毛坯短而厚，原材料利用率高，有效地降低了生产成本，但相应的旋压道次数量与中间热处理次数也需要增加，又增加了生产成本，同时旋压毛坯厚度的增加也对旋压机旋压力的要求，以超高强度钢31Si2MnCrMoVE来说，旋压毛坯壁厚每增加约5mm，旋压力增加约10吨；对于筒形件旋压成形，旋压毛坯初始壁厚是确定各道次减薄量的重要参考，各道次减薄量的选取既要保证旋压毛坯完全压透，变形充分，又不能由于道次减薄量过大导致出现堆积、隆起等缺陷，造成筒形件表面出现较粗的表观旋压纹路，导致产品壁厚偏差较大，筒形件圆度、直线度等形位精度较差，甚至产生扭曲失稳、开裂、报废，甚至旋压机故障；对于筒形件对轮旋压成形工艺来说，采用一个常数K2来表征筒形件旋压毛坯初始壁厚t0对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子，以超高强度钢31Si2MnCrMoVE来说，该影响因子在对轮旋压筒形件直径2500mm～5000mm范围内，旋压毛坯初始壁厚为20mm～60mm时，取0.02～0.05，且随着旋压毛坯初始壁厚t0的增加而增加；根据理论计算、数值模拟分析及筒形件对轮旋压试验检测数据分析可知，对轮旋压筒形件旋压毛坯初始壁厚t0每增加约10mm，该影响因子的值增加0.01，采用本发明确定的道次减薄量所加工的对轮旋压筒形件壁厚成形精度可达±0.05mm。
筒形件对轮旋压成形时，旋压机刚性、旋轮回弹量、旋轮数量、旋压材料种类及其强度、旋轮数量、旋轮圆角半径及攻角、冷却方式及冷却液流量等是对轮旋压时内外旋轮减薄量的另一个重要的影响因素；对于筒形件对轮旋压成形工艺来说，这些因素相互作用、综合影响筒形件对轮旋压成形精度，因此，采用一个常数K3表征旋压机刚性、旋轮回弹量、旋轮数量、旋压材料种类及其强度、旋轮数量、旋轮圆角半径及攻角、冷却方式及冷却液流量等因素对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子。该常数随着旋压机及其刚性的增加而降低、随着旋轮数量的增加而降低、随着旋轮回弹量的增加而降低、旋压材料及其强度的增加而降低、随着旋轮圆角半径及攻角的增加而增加、随着冷却液流量的增加而增加；常数K3为0.8～1.2。
采用对轮旋压成形工艺时，除了需要考虑传统筒形件强力旋压成形方式的基本特点，在道次总减薄量一定的情况下，内外旋轮减薄量的分配还需要综合考虑筒形件对轮旋压工艺的显著特点，例如由于对轮旋压时筒形件内外表面同时参与变形且无旋压芯模的有效支撑，变形区金属的受力平衡与变形稳定是影响筒形件成形精度最为关键的因素，内外旋轮减薄量的分配以保证受力平衡与稳定变形为第一原则；由于对轮旋压时筒形件金属变形区具有对称性，且筒形件内外表面变形区金属的直径不同，内表面直径相对较小，曲率较大，在相同的工艺、工装参数下，内旋轮的减薄量需要略大于外旋轮的减薄量才能平衡这种受力不稳定的情况；采用对轮旋压方法所加工的筒形件产品直径一般大于2500mm，对于该直径尺寸范围的对轮旋压筒形件毛坯来说，其内外直径的差值相对直径的值较小，内外层变形区金属的流动性差别也较小，直径越大，相同减薄量下变形力的越稳定，当直径增加至5000mm时，内外层金属的减薄量相同情况下，金属的流动依旧稳定。因此，合理有效且准确的内外旋轮减薄量分配对于薄壁筒形件对轮旋压产品质量控制具有重要意义。以常数K0表征对轮旋压时对内外旋轮的减薄量的影响因子，当对轮旋压筒形件直径为2500mm～5000mm时，常数K0为0.5～0.6，并且随着对轮旋压筒形件直径D的增加而减小，直径越大，K0值越趋近于0.5，内旋轮与外旋轮的减薄量越趋于相同。本发明充分考虑了对轮旋压时的受力平衡问题，采用所确定的内外旋轮道次减薄量加工的超高强度钢31Si2MnCrMoVE对轮旋压筒形件壁厚成形精度可达±0.05mm。
3.通过参数的简单输入、计算，即可得到筒形件对轮旋压过程的内外旋轮减薄量参数。操作简单，快捷方便，效率较原来提升70％以上。通过本发明所述的方法可简单快捷的确定某一直径范围、旋压毛坯初始厚度的筒形件对轮旋压过程的内外旋轮减薄量，结合简单的试旋压加工即可对该内外旋轮减薄量参数进行修正，即可得到满足对轮旋压筒形件产品设计及旋压工艺控制指标要求的合理的参数，减少试旋压次数4～6次，效率提升70％以上，原材料成本降低30％以上。
4.本发明所加工的对轮旋压筒形件壁厚精度达到±0.05mm级，直径精度达到±0.15mm级，基本覆盖到了工厂常备筒形件对轮旋压时的旋轮、旋压机所能达到的较高精度和较大范围，采用传统强力旋压工艺经验选取参数、数值模拟计算得到的参数所加工的对轮旋压筒形件壁厚精度达到±0.10mm级，直径精度达到±0.30mm级。本发明具有较高的加工精度和稳定性。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种对轮旋压筒形件时确定内外旋轮减薄量的方法。所述筒形件的材质为超高强度钢31Si2MnCrMoVE。
所述筒形件的直径D为2500mm，旋压毛坯初始壁厚为40mm，采用四对旋轮同步反向旋压的对轮旋压成形工艺。
本实施例的具体过程是：
第一步，确定减薄量的影响因素。
所述减薄量是对筒形件进行内外旋压时的减薄量。
所述确定的减薄量的影响因素包括薄壁筒形件直径D、旋压毛坯初始壁厚t0、金属材料种类及强度、旋压机刚性、旋轮数量、旋轮圆角半径R及攻角、冷却方式及冷却液流量。
本实施例中：薄壁筒形件直径D＝2500mm；旋压毛坯初始壁厚t0＝40mm；筒形件的材质为超高强度钢31Si2MnCrMoVE；所述超高强度钢31Si2MnCrMoVE的退火态硬度≤HB220，调质态抗拉强度≥1620MPa，本实施例采用的31Si2MnCrMoVE超高强度钢热处理状态为退火态。采用立式对轮强力旋压机，该立式对轮强力旋压机的刚性回弹最大为0.8mm。旋轮数量为四对，内旋轮圆角半径R1＝15mm，攻角θ1＝30°；外旋轮圆角半径R2＝13mm，攻角θ2＝30°；无旋压芯模；冷却方式为水冷；冷却液流量≥360L/min。
第二步，确定各常数取值。
所述的各常数包括：
Ⅰ筒形件对轮旋压道次总减薄量Δt。
Ⅱ对轮旋压筒形件直径D对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子K1。
所述影响因子K1为常数。当对轮旋压筒形件直径为2000mm～5000mm时，该影响因子K1取0.01～0.015。随着旋压毛坯直径D的增加该影响因子减小；对轮旋压筒形件直径每增加500mm，该影响因子的值增加0.001；本实施例中取0.015。
Ⅲ筒形件旋压毛坯初始壁厚t0对对轮旋压时内外旋轮圆角半径的影响因子K2。
所述K2为常数，本实施例中，当对轮旋压筒形件直径为2500mm～5000mm、旋压毛坯初始壁厚为20mm～50mm时，影响因子K2取0.02～0.05，且随着旋压毛坯初始壁厚t0的增加而增加；对轮旋压筒形件旋压毛坯初始壁厚t0每增加10mm，该影响因子K2的值增加0.01。本实施例中旋压毛坯初始壁厚为40mm，该影响因子K2取0.04。
Ⅳ金属材料种类及其强度、旋压机刚性、旋轮数量、旋轮圆角半径及攻角、冷却方式及冷却液流量因素对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子K3。
所述影响因子K3随着旋压机及其刚性的增加而降低、随着旋轮数量的增加而降低、随着旋轮回弹量的增加而降低、旋压材料及其强度的增加而降低。影响因子K3为0.8～1.2。本实施例中该影响因子K3取1。
Ⅴ对轮旋压时对内旋轮的减薄量的影响因子K0。对轮旋压筒形件直径为2500mm～5000mm时取0.5～0.6，且随着对轮旋压筒形件直径D的增加而减小，直径越大，K0值越趋近于0.5，内旋轮的减薄量与外旋轮的减薄量越趋于相同。所述影响因子K0为常数，本实施例中取0.52。
第二步，各旋轮圆角半径的计算：
本实施例中，
Δt1＝K0Δt (2)
本实施例中，Δt1＝K0Δt＝0.52×15＝7.8
Δt2＝(1-K0)Δt (3)
本实施例中，Δt2＝(1-K0)Δt＝(1-0.52)×15＝7.2
公式(1)～(3)中，各参数定义如下：
Δt为筒形件对轮旋压道次总减薄量；
K1为常数，表征旋压筒形件直径D对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子；
D为对轮旋压筒形件毛坯直径；
K2为常数，表征筒形件旋压毛坯初始壁厚t0对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子；
Δt0为对轮旋压时筒形件旋压毛坯初始壁厚；
K3为常数，表征金属材料种类及其强度、旋压机刚性、旋轮圆角半径及攻角、冷却方式及冷却液流量对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子；
Δt1为对轮旋压时内旋轮的减薄量；
K0为常数，表征对轮旋压时对内旋轮的减薄量的影响因子；
Δt2为对轮旋压时外旋轮的减薄量。
本实施例中，通过所述公式(1)～(3)，得到采用四对旋轮同步反向旋压的对轮旋压成形时，单道次壁厚总减薄量为15mm，内旋轮的减薄量Δt1取7.8mm，外旋轮的减薄量Δt2取7.2mm。
对本发明确定的内外旋轮道次减薄量进行对轮旋压试验件的验证加工，得到的对轮旋压筒形件壁厚精度达到±0.05mm级，壁厚实测值为25.02mm～25.11mm；直径精度达到±0.15mm级，直径实测值为2500.15mm～2500.40mm。
实施例2
本实施例是采用现有技术对对轮旋压超高强度钢31Si2MnCrMoVE筒形件内外旋轮减薄量进行确定，并进行对轮旋压筒形件加工。
所述超高强度钢31Si2MnCrMoVE筒形件的直径D＝2500mm，旋压毛坯初始壁厚为40mm，采用四对旋轮同步反向旋压的对轮旋压成形工艺。
本实施例的具体过程是：
第一步，确定道次总减薄量。
本实施例中，依据传统加工经验，对轮旋压道次总减薄量为旋压毛坯初始厚度的30％～35％。本实施例取30％，旋压毛坯壁厚为40mm，经计算得到对轮旋压道次总减薄量为12mm；
第二步，确定内外旋轮减薄量
依据传统加工经验，对轮旋压时，内外旋轮道次减薄量为道次总减薄量的50％；本实施例中对轮旋压道次总减薄量为12mm；内外旋轮道次减薄量均为6mm；
本实施例是采用现有技术确定四对旋轮同步旋压的对轮旋压成形的工艺方案时，依据传统加工经验，单道次壁厚总减薄量为12mm，内旋轮的减薄量Δt1取6mm，外旋轮的减薄量Δt2取6mm。采用传统加工经验所确定的内外旋轮道次减薄量进行对轮旋压试验件加工，加工的对轮旋压筒形件壁厚精度达到±0.10mm级，壁厚实测值范围为25.06mm～25.24mm；直径精度达到±0.30mm级，直径实测值为2500.10mm～2500.64mm，且在对轮旋压筒形件起旋端部位轴向约500mm长度范围内，直径偏差约为0.55mm,一致性较差。
通过实施例以与实施例二的对比，证明本发明所确定的筒形件对轮旋压时内外旋轮减薄量参数具有较高的加工精度和质量稳定性。
Claims (5)
1.一种筒形件对轮旋压内外旋轮减薄量的确定方法，其特征在于，具体过程是：
第一步，确定减薄量的影响因素：
所述减薄量是对筒形件进行内外旋压时的减薄量；
所述确定的减薄量的影响因素包括薄壁筒形件直径D、旋压毛坯初始壁厚t0、金属材料种类及强度、旋压机刚性、旋轮数量、旋轮圆角半径R及攻角、冷却方式及冷却液流量；
第二步，确定各常数取值：
所述的各常数包括：
Ⅰ筒形件对轮旋压道次总减薄量Δt；
Ⅱ对轮旋压筒形件直径D对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子K1；
当对轮旋压筒形件直径2000mm～5000mm时，影响因子K1为0.01～0.015；影响因子K1随着旋压毛坯直径D的增加该影响因子减小；
对轮旋压筒形件直径每增加500mm，该影响因子的值增加0.001；
Ⅲ筒形件旋压毛坯初始壁厚t0对对轮旋压时内外旋轮圆角半径的影响因子K2；
所述K2为常数，该影响因子K2在对轮旋压筒形件直径为2500mm～5000mm、旋压毛坯初始壁厚为20mm～50mm为0.02～0.05，且随着旋压毛坯初始壁厚t0的增加而增加；对轮旋压筒形件旋压毛坯初始壁厚t0每增加10mm，该影响因子K2的值增加0.01；
Ⅳ金属材料种类及其强度、旋压机刚性、旋轮数量、旋轮圆角半径及攻角、冷却方式及冷却液流量因素对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子K3；
所述影响因子K3随着旋压机及其刚性的增加而降低、随着旋轮数量的增加而降低、随着旋轮回弹量的增加而降低、旋压材料及其强度的增加而降低；影响因子K3取0.8～1.2；
Ⅴ对轮旋压时对内旋轮的减薄量的影响因子K0；对轮旋压筒形件直径为2500mm～5000mm时取0.5～0.6，且随着对轮旋压筒形件直径D的增加而减小，直径越大，影响因子K0越趋近于0.5，内旋轮的减薄量与外旋轮的减薄量越趋于相同；
第二步，各旋轮圆角半径的计算：
Δt1＝K0Δt (2)
Δt2＝(1-K0)Δt (3)
各参数定义如下：
Δt为筒形件对轮旋压道次总减薄量；
K1为旋压筒形件直径D对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子；
D为对轮旋压筒形件毛坯直径；
K2为筒形件旋压毛坯初始壁厚t0对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子；
Δt0为对轮旋压时筒形件旋压毛坯初始壁厚；
K3为金属材料种类及其强度、旋压机刚性、旋轮圆角半径及攻角、冷却方式及冷却液流量对对轮旋压时内外旋轮减薄量的影响因子；
Δt1为对轮旋压时内旋轮的减薄量；
K0为对轮旋压时对内旋轮的减薄量的影响因子；
Δt2为对轮旋压时外旋轮的减薄量。
2.如权利要求1所述筒形件对轮旋压内外旋轮减薄量的确定方法，其特征在于，所确定的旋轮数量为四对，内旋轮圆角半径R1＝15mm，攻角θ1＝30°；外旋轮圆角半径R2＝13mm，攻角θ2＝30°；无旋压芯模；冷却方式为水冷；冷却液流量≥360L/min。
3.如权利要求1所述筒形件对轮旋压内外旋轮减薄量的确定方法，其特征在于，对轮旋压筒形件直径每增加500mm，所述影响因子K1的值增加0.001。
4.如权利要求1所述筒形件对轮旋压内外旋轮减薄量的确定方法，其特征在于，对轮旋压筒形件旋压毛坯初始壁厚t0每增加10mm，所述影响因子K2的值增加0.01。
5.如权利要求1所述筒形件对轮旋压内外旋轮减薄量的确定方法，其特征在于，所述采用四对旋轮同步反向旋压的对轮旋压成形时，单道次壁厚总减薄量为15mm，内旋轮的减薄量Δt1取7.8mm，外旋轮的减薄量Δt2取7.2mm。
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