CN1915557A - 一种确定冷辗扩主轴转速的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定冷辗扩主轴转速的方法。一种确定冷辗扩主轴转速的方法，其特征在于包括如下步骤：1)测量出环形毛坯外径2R₀、环形毛坯内径2r₀，主辗轮半径R₁，计算环形毛坯壁厚为h_max＝R₀－r₀；成品环件要求的壁厚h_min是给定的；芯辊进给速度v_f设定为2；2)把步骤1)得到的量，带入式(12)得到函数：3)作直径增长率这个函数图像：当N达到某个值后，相邻的两条曲线在相同壁厚处所对应的直径增长率相对差值在1％内，把这个N值作为主辗轮的转速。本发明具有进给速度准确度高、简单的特点。

Description

一种确定冷辗扩主轴转速的方法

技术领域

本发明属于环件冷轧加工领域，具体涉及一种确定冷辗扩主轴转速的方法。

背景技术

冷辗扩过程中，主轴转速是重要的工艺参数，它与进给速度和加工效率有关，还关系到设备的成本。目前冷辗环机主轴转速的确定是基于反复试验和经验的积累，缺乏科学依据，因此，新产品工艺周期长，成本高。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于提供一种简单、准确的确定冷辗扩主轴转速的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种确定冷辗扩主轴转速的方法，其特征在于包括如下步骤：

1).测量出环形毛坯外径2R₀、环形毛坯内径2r₀，主辗轮半径R₁，计算环形毛坯壁厚为h_max＝R₀-r₀；成品环件要求的壁厚h_min是给定的；芯辊进给速度v_f设定为2；

2).把步骤1)得到的量，带入式(12)得到直径增长率关于主轴转速和辗扩过程中环件壁厚的函数：

$\stackrel{g}{D}=\frac{{R_0}^2-{r_0}^2}{\frac{30({R_0}^2-{r_0}^2+h^2)}{{\mathrm{NR}}_1}+\frac{h^2}{v_f}}-v_f---\left(12\right),$

式中： 是辗扩中环件直径增长率，N是主轴转速，h是辗扩过程中的环件壁厚；R₀为环形毛坯外径的1/2，r₀为环形毛坯内径的1/2，v_f为芯辊进给速度，R₁为主辗轮半径；

3).作直径增长率这个函数图像：横坐标为辗扩过程中的环件壁厚h，取值范围是h_min-h_max，转速N取一个值，得到一条直径增长率随辗扩过程中环件壁厚变化的曲线，N从一个比较小的值开始，逐渐增大，相应地作出一系列的曲线，从曲线图观察，当N达到某个值后，相邻的两条曲线在相同壁厚处所对应的直径增长率相对差值在1％内，把这个N值作为主辗轮的转速。

本发明的有益效果是：科学合理地确定主轴转速，使冷辗扩加工效率较高，也不会因主轴转速过高使设备成本增加，减少了开发新产品的试验次数，本发明与现有技术相比主轴转速确定准确、简单，缩短工艺周期，降低成本。

附图说明

图1为变形区几何构形图。

图2为不同主轴转速时，直径增长率随辗扩过程中环件壁厚变化曲线图。

具体实施方式

原理如下：

中小环件冷辗扩时，主辗轮和芯辊上一般有法兰，一方面保证环件轴向宽度不变，另一方面使环件定位，保持稳定。这种情况是径向辗扩，宽展可忽略。辗扩过程的几何构形如图1所示。R₁为主辗轮半径，R₂为芯辊半径，H为辗扩变形区入口壁厚，h为辗扩变形区出口壁厚，它就是辗扩中的环件壁厚；Dm为环件平均直径；v_H为变形区入口平均速度，v_h为变形区出口平均速度；v_R1为主辗轮圆周速度，ABCD为变形区。

假设出口边界CD上的速度呈线性分布，环件和驱动辊之间无滑动，则有：

$v_h=\frac{D_m}{D_m+h}{v}_{R1}---\left(1\right)$

忽略宽展，根据金属流动连续条件有：

                  v_HH＝v_hh

$v_H=\frac{h}{H}{v}_h---\left(2\right)$

很显然，H＞h，v_h＞v_H，变形区出口速度大于入口速度，导致环件周长增加，这正是环件直径增长的原因，故有：

$\mathrm{\π}{\stackrel{g}{D}}_m=v_h-v_H---\left(3\right)$

将式(1)、(2)代入式(3)有：

$\mathrm{\π}{\stackrel{g}{D}}_m=\frac{\mathrm{\Δh}}{\mathrm{\Δh}+h}\frac{D_m}{D_m+h}{v}_{R1}---\left(4\right)$

这里，Δh为变形区出入口壁厚差，Δh＝H-h，D_m为环件当前平均直径，

为平均直径增长率。

壁厚差和芯辊进给速度的关系为：

$\mathrm{\Δh}=\mathrm{\πD}\frac{v_f}{v_{R1}}---\left(5\right)$

D为环件瞬时外径，v_f为芯辊进给速度。

                D_m＝D-h                      (6)

$h=h_0-{\∫}_0^t{v}_f\mathrm{dt}---\left(7\right)$

h₀为环件初始壁厚。

${\stackrel{g}{D}}_m=\stackrel{g}{D}+v_f---\left(8\right)$

式(8)代入式(4)得：

$\mathrm{\π}(\stackrel{g}{D}+v_f)=\frac{1}{1+\frac{v_{R1}}{{\mathrm{\πv}}_f}\frac{h}{D}}(1-\frac{h}{D})v_{R1}---\left(9\right)$

设环形毛坯外径为2R₀，环形毛坯内径为2r₀，环件瞬时外径D＝2R，环件瞬时内径为2r，h₀＝R₀-r₀，忽略宽展，由体积保持不变有：

                     (R+r)(R-r)＝R₀ ²-r₀ ²

                     R-r＝h

$D=2R=\frac{{R_0}^2-{r_0}^2}{h}+h---\left(10\right)$

式(10)代入式(9)整理得：

$\stackrel{g}{D}=\frac{({R_0}^2-{r_0}^2)/\mathrm{\π}}{\frac{{R_0}^2-{r_0}^2+h^2}{v_{R1}}+\frac{h^2/\mathrm{\π}}{v_f}}-v_f---\left(11\right)$

设驱动辊转速为N转/分，有 $v_{R1}=\frac{\mathrm{N\π}}{30}{R}_1$ 代入上式得：

$\stackrel{g}{D}=\frac{{R_0}^2-{r_0}^2}{\frac{30({R_0}^2-{r_0}^2+h^2)}{{\mathrm{NR}}_1}+\frac{h^2}{v_f}}-v_f---\left(12\right)$

本发明的具体实施例如下：

环形毛坯尺寸为：R₀＝33.6mm，r₀＝23.9mm，主辗轮半径R₁＝103.61mm，v_f＝2mm/s，环形毛坯壁厚9.7mm，成品环件要求壁厚h_min＝7.7mm，转速N(单位：rpm)分别5，10，30，100，130，150，170，190，240，800时，带入式(12)，得到直径增长率关于主轴转速和辗扩过程中环件壁厚的函数图像，它们是一组曲线，如图2所示。从图可以看出当转速在150rpm以上时，5条曲线基本重合(相邻的两条曲线在相同壁厚处所对应的直径增长率相对差值在1％内)，150rpm作为主轴转速最合理。

Claims (1)

1.一种确定冷辗扩主轴转速的方法，其特征在于包括如下步骤：

1).测量出环形毛坯外径2R₀、环形毛坯内径2r₀，主辗轮半径R₁，计算环形毛坯壁厚为h_max＝R₀-r₀；成品环件要求的壁厚h_min是给定的；芯辊进给速度v_f设定为2；

2).把步骤1)得到的量，带入式(12)得到直径增长率关于主轴转速和辗扩过程中环件壁厚的函数：

$\stackrel{g}{D}=\frac{{R_0}^2-{r_0}^2}{\frac{30({R_0}^2-{r_0}^2+h^2)}{{\mathrm{NR}}_1}+\frac{h^2}{v_f}}-v_f---\left(12\right),$

式中：

是辗扩中环件直径增长率，N是主轴转速，h是辗扩过程中的环件壁厚；R₀为环形毛坯外径的1/2，r₀为环形毛坯内径的1/2，v_f为芯辊进给速度，R₁为主辗轮半径；

3).作直径增长率这个函数图像：横坐标为辗扩过程中的环件壁厚h，取值范围是h_min-h_max，转速N取一个值，得到一条直径增长率随辗扩过程中环件壁厚变化的曲线，N从一个比较小的值开始，逐渐增大，相应地作出一系列的曲线，从曲线图观察，当N达到某个值后，相邻的两条曲线在相同壁厚处所对应的直径增长率相对差值在1％内，把这个N值作为主辗轮的转速。

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