CN112756463B - 一种三旋轮旋压筒形件时旋轮圆角半径的确定方法 - Google Patents

Abstract

一种三旋轮旋压筒形件时旋轮圆角半径的确定方法，通过综合考虑筒形件直径D、旋压毛坯初始壁厚t₀、道次减薄量Δt、金属材料种类及强度、旋压机刚性、旋轮数量、旋压芯模参数、冷却方式及冷却液流量对筒形件三旋轮旋压成形精度的影响规律，确定筒形件三旋轮旋压时的旋轮圆角半径的计算方法，为高精度薄壁筒形件三旋轮旋压时旋轮圆角半径的计算、选取提供依据。用于指导实际生产及加工过程，方便快捷的设定旋轮圆角半径参数，用于稳定成形高精度筒形旋压结构件，具有较高的加工精度和稳定性。

Description

一种三旋轮旋压筒形件时旋轮圆角半径的确定方法

技术领域

本发明涉及旋压制造行业，具体是确定一个筒形件三旋轮旋压时的旋轮圆角半径的方法。

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，因此，对于筒形件强力旋压工艺的稳定性、适用性、参数选取的科学性、快捷性等要求也越来越高。

旋轮圆角半径是筒形件强力旋压工艺的重要工装结构参数。旋压生产实践表明，在一定范围内，当旋轮的圆角半径取值较大时，旋轮与工件接触面变形区金属体积增加，这时较大的圆角半径可以有效地增加旋压道次减薄量，实现大减薄量变形，生产效率较高，但是，大的减薄量也会使筒形件在正向旋压时承受强烈的轴向拉伸作用而导致开裂；采用较大的圆角半径时，由于变形区金属重叠部分较大，筒形件表观质量相对较高，不易出现旋压波纹等表观质量缺陷；较大的圆角半径防止金属材料的隆起效果较好，但是旋压筒形件的轴向流动较差，筒形件收径相对困难，筒形件贴模性较差；大的圆角半径有利于提高旋轮刚度，提高旋轮的使用寿命。当旋轮圆角半径取值较小时，旋压筒形件的轴向流动较好，筒形件收径相对容易，贴模性较好，但有可能使筒形件紧箍于旋压模具上不易卸料，卸料时容易出现内表面划伤等缺陷；较小的圆角半径会降低筒形件表观质量，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；采用较小的圆角半径旋压时，筒形件容易产生材料堆积、隆起、压裂等缺陷；小的圆角半径在加工时，旋轮刚度较差磨损较为严重，旋轮的使用寿命大幅降低。与此同时，旋压筒形件的材料强度及种类也是有效旋轮圆角半径选择的重要因素，根据相关的生产实践经验，材料强度越低，旋轮的圆角半径越大，对于纯钛、铝合金以及中低强度钢等材料，一般取相对较大的圆角半径以促进变形金属流动、防止堆积；对于钛合金以及超高强度钢等，一般取相对较小的圆角半径以增加旋压力改善变形条件、实现成形及精度控制。因此，合理有效且准确的旋轮圆角半径对于旋压筒形件产品质量控制具有重要意义。

经过调研，现阶段筒形件三旋轮旋压时的旋轮圆角半径的计算、设定主要采取两套方案：1、依据生产经验取值；2、简单的公式计算取值，上述两种方案存在以下几点不足：

1、依据生产经验取值。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、设备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三旋轮旋压时的旋轮圆角半径取值经验，该经验参数对于该单位一定范围内的筒形件产品生产具有一定的指导意义，但依据生产经验选取的旋轮圆角半径的方法稳定性、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、简单的公式计算取值。相关的一些文献均提出了简单的筒形件三旋轮旋压时的旋轮圆角半径的计算方法，这些计算方法一般仅对旋轮结构及参数等做出判断，未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，存在考虑不够全面等现象，实际的旋轮圆角半径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，且计算公式复杂，计算量较大，不具备快速便捷的实用性。

发明内容

为克服现有技术中存在的精度较低、不具有普遍的推广意义的不足，本发明提出了一种三旋轮旋压筒形件时旋轮圆角半径的确定方法。

本发明的具体过程是：

第一步，确定各旋轮圆角半径的影响因素。

所述各旋轮包括第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮；确定影响第一旋轮圆角半径、第二旋轮圆角半径与第三旋轮圆角半径的因素，包括筒形件直径D、旋压毛坯初始壁厚t₀、道次减薄量、金属材料种类及强度、旋压机刚性、旋压芯模参数、冷却方式及液流量。

确定的各旋轮的道次减薄量为5mm；冷却方式为水冷；冷却液流量≥240L/min。

第二步，确定各常数取值：

确定各所述常数为：

Ⅰ旋压毛坯D对旋轮圆角半径的影响因子K₁；

所述影响因子K₁为常数项。该影响因子K₁在三旋轮旋压筒形件直径≤2000mm范围变化时取0～0.02，并随着旋压毛坯直径D的增加而增加。所述筒形件的直径每增加100mm，该影响因子K₁增加0.001。

Ⅱ旋压毛坯初旋壁厚t₀对旋轮圆角半径的影响因子K₂；

采用常数K₂表征筒形件旋压毛坯初始壁厚t₀三旋轮旋压时，各旋轮圆角半径的影响因子。所述影响因子K₂在三旋轮旋压筒形件直径≤2000mm、旋压毛坯初始壁厚t₀为10mm～30mm时取0.1～0.3，且随着旋压毛坯初始壁厚t₀的增加而增加。

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0.1。

Ⅲ旋压道次减薄量Δt对旋轮圆角半径的影响因子K₃；

所述K₃为常数项。筒形件道次减薄量Δt对三旋轮旋压时各旋轮圆角半径的影响因子，在旋压筒形件直径≤2000mm、旋压道次减薄量在0～15mm时取0.5～1.5，且随着旋压毛坯初始壁厚t₀的增加而增加。旋压筒形件旋压道次减薄量Δt每增加1mm，该影响因子K₃增加0.1。

Ⅳ旋压机刚性、旋轮回弹量、旋轮数量、旋压材料种类及其强度、旋压芯模参数、冷却方式及冷却液流量等因素对两旋轮旋压时旋轮圆角半径的影响因子K₄；

所述K₄为常数项。该影响因子K₄随着旋压机及其刚性的增加而降低、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；随着冷却液流量的增加而增加；该影响因子K₄取-1～1。

Ⅴ两旋轮错距旋压时，错距加工方式对第一个旋轮的圆角半径的影响因子K₀；

所述K₀为常数项。采用三旋轮旋压方法所加工的筒形件产品直径≤2000mm时，影响因子K₀为1.0～1.2。采用同步旋压时，影响因子K₀为1，所述第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮的圆角半径均相同。

第三步，各旋轮圆角半径的计算：

R＝K₁D+×K₂t₀+K₃Δt+K₄ (1)

R₁＝K₀R (2)

R₂＝R₃＝R (3)

公式(1)～(3)中，各参数定义如下：

R为所述第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮同步旋压时旋轮圆角半径；

K₁为旋压毛坯D对旋轮圆角半径的影响因子；

D为旋压毛坯直径；

K₂为旋压毛坯初旋壁厚t₀对旋轮圆角半径的影响因子；

Δt为旋压道次减薄量；

K₃为旋压道次减薄量Δt对旋轮圆角半径的影响因子；

K₄为旋压机刚性、旋轮回弹量、旋轮数量、旋压材料种类及其强度、旋压芯模参数、冷却方式及冷却液流量因素对对轮旋压时内外旋轮圆角半径的影响因子；

R₁为三旋轮错距旋压时第一个旋轮的圆角半径；

K₀为所述第一旋轮、中选轮和第三旋轮错距旋压时，错距加工方式对第一个旋轮的圆角半径的影响因子；

R₂为三旋轮错距旋压时第二个旋轮的圆角半径；

R₃为三旋轮错距旋压时第三个旋轮的圆角半径。

通过公式(1)～(3)得到采用三旋轮错距旋压成形时，第一旋轮的圆角半径R₁为13.85mm，第二旋轮的圆角半径R₂和第三旋轮的圆角半径R₃均为13.5mm。

本发明通过综合考虑筒形件直径D、旋压毛坯初始壁厚t₀、道次减薄量Δt、金属材料种类及强度、旋压机刚性、、旋轮数量、旋压芯模参数、冷却方式及冷却液流量等对筒形件三旋轮旋压成形精度的影响规律，定义一个筒形件三旋轮旋压时的旋轮圆角半径的计算方法，为高精度薄壁筒形件三旋轮旋压时旋轮圆角半径的计算、选取提供依据。用于指导实际生产及加工过程，方便快捷的设定旋轮圆角半径参数，用于稳定成形高精度筒形旋压结构件。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1.首次对筒形件三旋轮旋压时旋轮圆角半径的选取进行了定量计算，同时充分考虑了筒形件三旋轮错距旋压时的参数选择。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圆角半径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，旋轮圆角半径根据所加工的筒形件直径、旋压毛坯厚度进行选取，该数值在筒形件强力旋压时，一般取旋压毛坯厚度的1-3倍不等，一般来说，所加工筒形件直径越大、旋压毛坯壁厚越厚，旋轮圆角半径也越大；例如在一定范围内，当旋轮的圆角半径取值较大时，可以有效地增加旋压道次减薄量，实现大减薄量变形，生产效率较高，筒形件表观质量相对较高，不易出现旋压波纹等表观质量缺陷，筒形件收径相对困难，旋轮的使用寿命高。当旋轮圆角半径取值较小时，旋压筒形件的轴向流动较好，筒形件收径相对容易，筒形件表观质量降低，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，旋轮刚度较差磨损较为严重，旋轮的使用寿命大幅降低。与此同时，三旋轮旋压时，旋轮圆角半径的选取还需要综合考虑筒形件同步、错距旋压工艺的显著特点，例如在错距旋压时，第一旋轮一般用于开坯旋压，其减薄量一般略大于第三旋轮，同时，由于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、工装参数的选取以保证受力平衡与稳定变形为第一原则；错距旋压时，在充分考虑加工硬化等因素，在相同的工艺、工装参数下，第三旋轮的回弹略大于第一旋轮，旋轮圆角半径的选择需要保障薄壁筒形件两旋轮错距旋压成形时的金属稳定变形，提高产品质量；计算机数值模拟结果可对三旋轮旋压时，旋轮圆角半径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、冷却方式及冷却速度，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圆角半径往往需要进一步根据多次试旋压加工结果进行调节、修正，且旋轮的更换费时费力，劳动强度较大，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，对影响薄壁筒形件三旋轮旋压时，各旋轮圆角半径的筒形件直径、旋压毛坯壁厚等多个关键因素进行定量分析，对薄壁筒形件各旋轮圆角半径确定原则进行定量分析，从而确定最终的薄壁筒形件三旋轮旋压时，各旋轮圆角半径，能够指导薄壁筒形件强力旋压的生产加工。

2.该计算方法在确定旋轮圆角半径时，充分考虑了材料及设备的回弹、筒形件直径、旋压毛坯初始壁厚、道次减薄量、旋压机刚性、旋轮数量、旋压芯模参数、冷却方式及冷却液流量等对筒形件三旋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。因此，采用一个常数K₁表征旋压筒形件直径D对三旋轮旋压时，各旋轮圆角半径的影响因子；所述影响因子K₁在三旋轮旋压筒形件直径不大于2000mm时取0～0.02，并随着旋压毛坯直径D的增加而增加；旋压筒形件直径每增加100mm，该影响因子的值增加0.001。采用本发明确定的三旋轮旋压时各旋轮圆角半径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旋轮圆角半径的重要参考，各旋轮圆角半径的选取既要保证旋压毛坯完全压透，变形充分，又不能由于过大导致出现堆积、隆起等缺陷，过小导致拉裂等缺陷，造成筒形件壁厚偏差较大，筒形件圆度、直线度等形位精度较差；对于筒形件两旋轮旋压成形工艺来说，采用常数K₂表征筒形件旋压毛坯初始壁厚t₀对三旋轮旋压时各旋轮圆角半径的影响因子。以超高强度钢31Si2MnCrMoVE为例，当对轮旋压筒形件直径不大于2000mm、旋压毛坯初始壁厚为10mm～30mm时，影响因子K₂为0.1～0.3，且随着旋压毛坯初始壁厚t₀的增加而增加；旋压筒形件旋压毛坯初始壁厚t₀每增加10mm，该影响因子的值增加0.1。采用本发明确定的三旋轮旋压中各旋轮圆角半径所加工的对轮旋压筒形件壁厚成形精度可达±0.05mm。

筒形件道次壁厚减薄量是保证筒形件产品精度要求的重要指标。筒形件道次减薄量较大时，生产效率高，但对旋压机旋压力及其刚性等性能指标的要求也较高，以超高强度钢31Si2MnCrMoVE来说，大的筒形件道次减薄量需要对应的较大的各旋轮圆角半径，该旋轮圆角半径的选取既要保证旋压毛坯在该道次减薄量下能够完全压透，变形充分，又不能由于过大导致出现堆积、隆起等缺陷；对于筒形件对轮旋压成形工艺来说，采用常数K₃来表征筒形件道次减薄量Δt对三旋轮旋压时，各旋轮圆角半径的影响因子，以超高强度钢31Si2MnCrMoVE为例，该影响因子K₃在旋压筒形件直径≤2000mm、旋压道次减薄量在0～15mm时，影响因子K₃为0.5～1.5，且随着旋压毛坯初始壁厚t₀的增加而增加；旋压筒形件旋压道次减薄量Δt每增加1mm，该影响因子的值增加0.1。采用本发明确定的三旋轮旋压时，各旋轮圆角半径所加工的对轮旋压筒形件壁厚成形精度可达±0.05mm。

筒形件三旋轮旋压成形时，金属材料种类及其强度、旋压机刚性、旋轮数量、旋压芯模参数、冷却方式及冷却液流量等因素是三旋轮旋压时各旋轮圆角半径选取的另一个重要的影响因素；对于筒形件三旋轮旋压成形工艺来说，这些因素相互作用、综合影响筒形件两旋轮旋压成形精度，因此，采用常数K₃表征金属材料种类及其强度、旋压机刚性、旋轮数量、旋压芯模参数、冷却方式及冷却速度等因素对三旋轮旋压时，各旋轮圆角半径的影响因子，该影响因子K₃随着旋压机及其刚性的增加而降低、随着旋轮回弹量的增加而降低、随旋压材料及其强度的增加而降低、随道次减薄量的增加而增加；影响因子K₃为-1～1。

采用三旋轮错距旋压成形工艺时，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，前第三旋轮圆角半径的匹配还需要综合考虑筒形件错距旋压工艺的显著特点，例如由于第一旋轮为开坯旋压，其减薄量略大于第三旋轮减薄量，这时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，前第三旋轮圆角半径的匹配以保证受力平衡与稳定变形为第一原则；又由于材料加工硬化的存在，第一旋轮的圆角半径需要略大于第三旋轮圆角半径才能平衡这种受力不稳定的情况；采用三旋轮旋压方法加工的筒形件产品直径≤2000mm时，错距加工方式对第一个旋轮的圆角半径的影响因子K₀，该影响因子K₀取1.0～1.2；采用同步旋压时，K₀值为1，三旋轮的圆角半径相同。本发明充分考虑了三旋轮旋压时的受力平衡问题，采用所确定的三旋轮旋压时，各旋轮圆角半径加工的超高强度钢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，即可得到筒形件三旋轮同步旋压、错距旋压过程的各旋轮圆角半径参数。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三旋轮旋压时，各旋轮圆角半径，结合简单的试旋压加工即可对各旋轮圆角半径参数进行修正，即可得到满足三旋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3～5次，效率提升70％以上，且由于减少了旋轮更换次数，劳动强度降低60％以上。

4、根据本发明得到的三旋轮旋压筒形件时旋轮圆角半径精度达到1mm级，基本覆盖到了工厂常备旋轮工装所能达到的较高精度和较大范围，具有较强精度和较高的稳定性。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三旋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

本实施例是一种三旋轮旋压成形筒形件时确定三旋轮旋压旋轮圆角半径的方法。所述筒形件采用超高强度钢31Si2MnCrMoVE制成。

所述筒形件的直径D为1000mm，旋压毛坯初始壁厚为10mm，道次减薄量为5mm，第一旋轮的减薄量取1.8mm，第二旋轮的减薄量取1.6mm，第三旋轮的减薄量取1.6mm，第一旋轮与第二旋轮的错距量为8mm，第二旋轮与第三旋轮的错距量为6mm。采用三旋轮错距反向旋压成形。

本实施例的具体过程是：

第一步，确定旋轮圆角半径的影响因素。

确定的三旋轮错距旋压超高强度钢31Si2MnCrMoVE筒形件中影响第一旋轮、第二旋轮与第三旋轮圆角半径的影响因素包括筒形件直径D、旋压毛坯初始壁厚t₀、道次减薄量、金属材料种类及强度、旋压机刚性、旋压芯模参数、冷却方式及液流量。

本实施例中，筒形件内径D＝1000mm；旋压毛坯初始壁厚t₀＝10mm；道次减薄量＝5mm；筒形件的材料为超高强度钢31Si2MnCrMoVE，所述超高强度钢31Si2MnCrMoVE的退火态硬度≤HB220，调质态抗拉强度不小于1620MPa，本实施例采用的超高强度钢31Si2MnCrMoVE热处理状态为退火态；采用卧式强力旋压机，该卧式对轮强力旋压机的刚性回弹最大为0.8mm；旋轮数量为3；旋压芯模直径为999.7mm；冷却方式为水冷；冷却液流量≥240L/min。

第二步，确定各常数取值。

确定各所述常数为：

Ⅰ旋压毛坯D对旋轮圆角半径的影响因子K₁；

所述影响因子K₁为常数项。该影响因子K₁在三旋轮旋压筒形件直径≤2000mm范围变化时取0～0.02，并随着旋压毛坯直径D的增加而增加。所述筒形件的直径每增加100mm，该影响因子K₁增加0.001。本实施例中取0.01；

Ⅱ旋压毛坯初旋壁厚t₀对旋轮圆角半径的影响因子K₂；

采用常数K₂表征筒形件旋压毛坯初始壁厚t₀对三旋轮旋压时，各旋轮圆角半径的影响因子。所述影响因子K₂在三旋轮旋压筒形件直径≤2000mm、旋压毛坯初始壁厚t₀为10mm～30mm时取0.1～0.3，且随着旋压毛坯初始壁厚t₀的增加而增加。旋压筒形件旋压毛坯初始壁厚t₀每增加10mm，该影响因子的值增加0.1。本实施例中取0.1。

Ⅲ旋压道次减薄量Δt对旋轮圆角半径的影响因子K₃；

所述K₃为常数项。筒形件道次减薄量Δt对三旋轮旋压时各旋轮圆角半径的影响因子K₃，在旋压筒形件直径≤2000mm、旋压道次减薄量在0～15mm时取0.5～1.5，且随着旋压毛坯初始壁厚t₀的增加而增加。旋压筒形件旋压道次减薄量Δt每增加1mm，该影响因子K₃增加0.1。本实施例中取0.5；

Ⅳ旋压机刚性、旋轮回弹量、旋轮数量、旋压材料种类及其强度、旋压芯模参数、冷却方式及冷却液流量等因素对两旋轮旋压时旋轮圆角半径的影响因子K₄；

所述K₄为常数项。该影响因子K₄随着旋压机及其刚性的增加而降低、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；随着冷却液流量的增加而增加；该影响因子K₄取-1～1。本实施例中取0。

Ⅴ两旋轮错距旋压时，错距加工方式对第一个旋轮的圆角半径的影响因子K₀；

所述K₀为常数项。采用三旋轮旋压方法所加工的筒形件产品直径≤2000mm时，影响因子K₀为1.0～1.2。采用同步旋压时，影响因子K₀为1，所述第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮的圆角半径均相同。本实施例为三旋轮错距旋压，取1.2。

第三步，各旋轮圆角半径的计算：

R＝K₁D+×K₂t₀+K₃Δt+K₄ (1)

R₁＝K₀R (2)

R₂＝R₃＝R (3)

公式(1)～(3)中，各参数定义如下：

R为所述第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮同步旋压时旋轮圆角半径；

K₁为旋压毛坯D对旋轮圆角半径的影响因子；

D为旋压毛坯直径；

K₂为旋压毛坯初旋壁厚t₀对旋轮圆角半径的影响因子；

Δt为旋压道次减薄量；

K₃为旋压道次减薄量Δt对旋轮圆角半径的影响因子；

K₄为旋压机刚性、旋轮回弹量、旋轮数量、旋压材料种类及其强度、旋压芯模参数、冷却方式及冷却液流量因素对对轮旋压时内外旋轮圆角半径的影响因子；

R₁为三旋轮错距旋压时第一个旋轮的圆角半径；

K₀为所述第一旋轮、中选轮和第三旋轮错距旋压时，错距加工方式对第一个旋轮的圆角半径的影响因子；

R₂为三旋轮错距旋压时第二个旋轮的圆角半径；

R₃为三旋轮错距旋压时第三个旋轮的圆角半径。

本实施例中，

R＝K₁D+×K₂t₀+K₃Δt+K₄＝0.01×1000+0.1×10+0.5×5+0＝13.5 (1)

R₁＝K₀R＝1.1×13.5＝13.85 (2)

R₂＝R₃＝R＝13.5 (3)

通过公式(1)～(3)得到采用三旋轮错距旋压成形时，第一旋轮的圆角半径R₁为13.85mm，第二旋轮的圆角半径R₂和第三旋轮的圆角半径R₃均为13.5mm。

为验证本发明的效果，采用所确定的三旋轮圆角半径进行旋压试验件加工。加工的旋压筒形件壁厚精度达到±0.05mm级，壁厚为5.02mm～5.07mm；直径精度达到±0.15mm级，直径为1000.10mm～1000.35mm。

Claims (6)

1.一种三旋轮旋压筒形件时旋轮圆角半径的确定方法，其特征在于，具体过程是：

第一步，确定各旋轮圆角半径的影响因素；

所述各旋轮包括第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮；确定影响第一旋轮圆角半径、第二旋轮圆角半径与第三旋轮圆角半径的因素，包括筒形件直径D、旋压毛坯初始壁厚t₀、道次减薄量、金属材料种类及强度、旋压机刚性、旋压芯模参数、冷却方式及液流量；

第二步，确定各常数取值：

确定各所述常数为：

Ⅰ旋压毛坯D对旋轮圆角半径的影响因子K₁；

所述影响因子K₁为常数项；该影响因子K₁在三旋轮旋压筒形件直径≤2000mm范围变化时取0～0.02，并随着旋压毛坯直径D的增加而增加；所述筒形件的直径每增加100mm，该影响因子K₁增加0.001；

Ⅱ旋压毛坯初旋壁厚t₀对旋轮圆角半径的影响因子K₂；

采用常数K₂表征筒形件旋压毛坯初始壁厚t₀三旋轮旋压时，各旋轮圆角半径的影响因子；所述影响因子K₂在三旋轮旋压筒形件直径≤2000mm、旋压毛坯初始壁厚t₀为10mm～30mm时取0.1～0.3，且随着旋压毛坯初始壁厚t₀的增加而增加；

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0.1；

Ⅲ旋压道次减薄量Δt对旋轮圆角半径的影响因子K₃；

所述K₃为常数项；筒形件道次减薄量Δt对三旋轮旋压时各旋轮圆角半径的影响因子，在旋压筒形件直径≤2000mm、旋压道次减薄量在0～15mm时取0.5～1.5，且随着旋压毛坯初始壁厚t₀的增加而增加；旋压筒形件旋压道次减薄量Δt每增加1mm，该影响因子K₃增加0.1；

Ⅳ旋压机刚性、旋轮回弹量、旋轮数量、旋压材料种类及其强度、旋压芯模参数、冷却方式及冷却液流量等因素对两旋轮旋压时旋轮圆角半径的影响因子K₄；

所述K₄为常数项；该影响因子K₄随着旋压机及其刚性的增加而降低、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；随着冷却液流量的增加而增加；该影响因子K₄取-1～1；

Ⅴ两旋轮错距旋压时，错距加工方式对第一个旋轮的圆角半径的影响因子K₀；

所述K₀为常数项；采用三旋轮旋压方法所加工的筒形件产品直径≤2000mm时，影响因子K₀为1.0～1.2；采用同步旋压时，影响因子K₀为1，所述第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮的圆角半径均相同；

第三步，各旋轮圆角半径的计算：

R＝K₁D+×K₂t₀+K₃Δt+K₄ (1)

R₁＝K₀R (2)

R₂＝R₃＝R (3)

公式(1)～(3)中，各参数定义如下：

R为所述第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮同步旋压时旋轮圆角半径；

K₁为旋压毛坯D对旋轮圆角半径的影响因子；

D为旋压毛坯直径；

K₂为旋压毛坯初旋壁厚t₀对旋轮圆角半径的影响因子；

Δt为旋压道次减薄量；

K₃为旋压道次减薄量Δt对旋轮圆角半径的影响因子；

K₄为旋压机刚性、旋轮回弹量、旋轮数量、旋压材料种类及其强度、旋压芯模参数、冷却方式及冷却液流量因素对对轮旋压时内外旋轮圆角半径的影响因子；

R₁为三旋轮错距旋压时第一个旋轮的圆角半径；

K₀为所述第一旋轮、中选轮和第三旋轮错距旋压时，错距加工方式对第一个旋轮的圆角半径的影响因子；

R₂为三旋轮错距旋压时第二个旋轮的圆角半径；

R₃为三旋轮错距旋压时第三个旋轮的圆角半径；

通过公式(1)～(3)得到采用三旋轮错距旋压成形时各旋轮的圆角半径。

2.如权利要求1所述三旋轮旋压筒形件时旋轮圆角半径的确定方法，其特征在于，确定的各旋轮的道次减薄量为5mm；冷却方式为水冷，冷却液流量≥240L/min。

3.如权利要求1所述三旋轮旋压筒形件时旋轮圆角半径的确定方法，其特征在于，所述筒形件的直径每增加100mm，所述影响因子K₁增加0.001。

4.如权利要求1所述三旋轮旋压筒形件时旋轮圆角半径的确定方法，其特征在于，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增加0.1。

5.如权利要求1所述三旋轮旋压筒形件时旋轮圆角半径的确定方法，其特征在于，旋压筒形件旋压道次减薄量Δt每增加1mm，所述影响因子K₃增加0.1。

6.如权利要求1所述三旋轮旋压筒形件时旋轮圆角半径的确定方法，其特征在于，所述采用三旋轮错距旋压成形时第一旋轮的圆角半径R₁为13.85mm，第二旋轮的圆角半径R₂和第三旋轮的圆角半径R₃均为13.5mm。