一种确定内外表面异形的环件轧制坯料尺寸的方法技术

一种确定内外表面异形的环件轧制坯料尺寸的方法，以设计提出的环件为出发点，采用逆推方式，先确定环件中间坯料的尺寸，再确定环件初始坯料尺寸的确定方法，通过获得的环件中间坯料轴向对称面以上部分的各参数，即可得到预轧轧比K1和终轧轧比K2的取值范围，在确定的范围内取值，则可快速确定环件中间坯料的参数。该方法对于轧制同一环锻件，能够设计一系列不同预轧轧比K1、终轧轧比K2的环件中间坯料和环件初始坯料，提高了环件轧制坯料的设计效率，缩短了生产周期，降低了成本。本发明专利技术为研究包括坯料在内的轧制过程优化设计提供了重要的方法和基础，有利于促进环件轧制先进理论和技术的进一步发展。

A Method for Determining the Size of Ring Rolling Billet with Internal and External Surface Profiles

A method for determining the size of ring rolling billet with abnormal inner and outer surface is presented. Starting from the ring designed and put forward, the size of ring intermediate billet is determined by inverse deduction, and then the initial size of ring billet is determined. The values of pre-rolling ratio K1 and final rolling ratio K2 can be obtained by obtaining the parameters above the axially symmetrical surface of ring intermediate billet. The parameters of ring intermediate billet can be determined quickly by choosing the value in a certain range. For rolling the same ring forging, this method can design a series of ring intermediate blanks with different pre-rolling ratio K1 and final rolling ratio K2 and initial ring blanks. It improves the design efficiency of ring rolling blanks, shortens the production cycle and reduces the cost. The invention provides an important method and basis for studying the optimization design of rolling process including billet, and is conducive to promoting the further development of advanced theory and technology of ring rolling.

【技术实现步骤摘要】
一种确定内外表面异形的环件轧制坯料尺寸的方法
本专利技术涉及异形环成形
，特别是涉及一种确定内外表面异形的环件轧制坯料尺寸的方法。
技术介绍
异形环在轧制成形过程中，坯料尺寸决定了变形量，进而影响了轧制过程中金属流动规律、环件截面精度以及环件温度分布均匀性。因此，坯料尺寸是重要的几何参数，坯料尺寸设计是否合理，决定着环件轧制过程能否成功实现，并对轧制工艺参数的优化及最终环件产品的性能起着至关重要的作用。目前有关异形环轧制坯料的确定方法，仍凭经验和试错法，导致轧制成形的环锻件尺寸与目标环件尺寸相差较大，且产品性能难以保证。李兰云提出一种基于辗轧比的整体双锥形环件闭式径向辗轧毛坯尺寸的设计方法(李兰云,李霄,刘静,等.整体双锥形环件闭式径向辗轧毛坯尺寸的设计方法[J].重型机械,2015(6):1-6)，利用体积不变原理给出坯料尺寸的计算公式，结合稳定成形条件确定轧比的取值范围。该方法仅适用于截面形状较为简单的锥形环件，也没有考虑所设计的坯料如何制造的问题；郭灵专利技术了一种TC4合金内T形截面异形环件坯料的设计方法(郭灵.一种TC4合金内T形截面异形环件坯料的设计方法,Designofthet-shapedringcrosssectionofanin-stockalloytc4:,CN106984747A[P].2017)，将环件整体按等体积平均分成若干块，然后单独计算每一块坯料的尺寸，再将它们结合成最终的整体坯料。该方法中轧比的取值、环件凸台部位体积的取值都基于经验，也没有考虑所设计的坯料如何制造的问题。综上，上述两种方法都只考虑了中间坯料的设计，且设计的中间坯料截面形状与环锻件截面形状高度相似，均为异形截面，然而实际生产中如何制造所设计的异形截面中间坯料又成为一大难题，这两种方法均未考虑中间坯料如何制造的问题。本专利技术的特点是针对设计提出的内外表面异形环件，首先提出预轧和终轧两工步成形方案，通过预轧将矩形截面的初始坯料制造成带内槽的中间坯料，再通过终轧获得最终内外表面异形环件；其次，从内外表面异形环件形状尺寸出发，先后给出了终轧工步用中间坯料的形状尺寸确定方法和预轧工步用初始坯料的形状尺寸确定方法；最后，在保证预轧和终轧过程顺利进行的前提下，分别给出预轧轧比和终轧轧比的取值范围。该方法考虑中间坯料的如何制造的问题，提出预轧和终轧两步成形方案，通过预轧工步来制造中间坯料，建立了终轧用中间坯料和预轧用初始坯料形状尺寸的确定方法，为内外表面异形环件轧制坯料尺寸的设计提供了科学手段，也为包括研究坯料在内的轧制过程优化设计提供了重要的方法和基础。
技术实现思路
为克服现有技术中未考虑中间坯料如何制造的问题，本专利技术提出了一种确定内外表面异形的环件轧制坯料尺寸的方法。本专利技术的具体过程是：步骤一，确定环件的轧制工步：环件的轧制过程分为预轧工步和终轧工步。步骤二，确定环件中间坯料尺寸的计算公式：对所述环件中间坯料轴向对称面以上部分进行分层，包括第一层的高度H21、第二层的高度H22、第一层的体积V21、第二层的体积V22、第一层中等径段的高度H211和第一层中变径段的高度H212。所述环件中间坯料尺寸包括该环件中间坯料的外径D1、环件中间坯料的内径d1、环件中间坯料体积V1、环件中间坯料的高度H1和环件中间坯料的中径d2。所述确定环件中间坯料尺寸包括该环件中间坯料的外径D1、环件中间坯料的内径d1、环件中间坯料的高度H1和环件中间坯料的中径d2的具体过程是：Ⅰ对环件中间坯料轴向对称面以上部分进行分层；对所述环件中间坯料轴向对称面以上部分进行分层，并以该环件中间坯料轴向对称面以上部分的分层参数作为完整的环件中间坯料的分层参数。对所述环件中间坯料轴向对称面以上部分进行分层。所述分层是将该环件中间坯料轴向对称面以上部分沿轴向分为第一层和第二层；所述第一层与第二层的分界线位于所述带内槽的简单异形环的內槽槽底与该內槽壁的衔接处。分层后的环件中间坯料轴向对称面以上部分的第一层沿轴向分为两段，第一段为等径段，第二段为变径段。该等径段的高度为H211，该变径段的高度为H212。Ⅱ确定环件中间坯料轴向对称面以上部分各层的体积；所述环件中间坯料轴向对称面以上部分各层包括自该坯料端面至所述带内槽的简单异形环的內槽槽底与该內槽壁的衔接处的第一层，以及由该带内槽的简单异形环的內槽槽底与该內槽壁的衔接处至该坯料中心线处的第二层。根据式(2)，确定环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层的体积V21：根据式(3)，确定环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第二层的体积V22：式中，D1、d1和d2分别为环件中间坯料的外径、环件中间坯料的内径和环件中间坯料的中径，H211为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层中的等径段高度，H212为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层中的变径段高度。Ⅲ确定环件中间坯料纵截面面积S1的计算公式；所述的环件中间坯料纵截面面积S1为完整的环件中间坯料的纵截面面积。确定的环件中间坯料纵截面面积S1的计算公式为：式中，D1、d1和d2分别为环件中间坯料的外径、环件中间坯料内径和环件中间坯料中径，H211为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层中的等径段高度，H212为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层中的变径段高度，H22为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第二层的高度。Ⅳ确定环件中间坯料体积V1的计算公式；所述的环件中间坯料体积V1为完整的环件中间坯料的体积。确定的环件中间坯料体积V1的计算公式为：V1＝2(V21+V22)(5)式中，V21为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层的体积，V22为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第二层的体积。V确定环件中间坯料高度H1的计算公式；所述的环件中间坯料高度H1为完整的环件中间坯料的高度。确定的环件中间坯料高度H1的计算公式为：H1＝2(H21+H22)(6)式中，H21为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层的高度，H22为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第二层的高度。Ⅵ确定的用于计算该环件中间坯料的外径D1、环件中间坯料的内径d1和环件中间坯料的中径d2的计算公式为：式中，K2为终轧轧比，S2为设计提出的环件纵截面面积，所述确定环件中间坯料尺寸的计算公式中，通过终轧轧比K2确定环件中间坯料尺寸的计算公式；K2＞1。所述终轧轧比K2为环件中间坯料纵截面面积S1与设计提出的环件纵截面面积S2之比，表示为式(1)：步骤三，确定环件中间坯料尺寸；确定环件中间坯料高度H1；通过确定的环件中间坯料高度H1的计算公式(6)确定该环件中间坯料高度H1：通过确定的用于计算该环件中间坯料的外径D1、环件中间坯料的内径d1和环件中间坯料的中径d2的计算公式(8)确定该环件中间坯料的外径D1、环件中间坯料的内径d1和环件中间坯料的中径d2。式中，K2为终轧轧比，S2为设计提出的环件纵截面面积。步骤四，确定环件初始坯料尺寸计算公式；所述环件初始坯料形状为环形。该环件初始坯料的尺寸包括环件初始坯料外径D0、环件初始坯料内径d0和环件初始坯料高度H0。确定环件初始坯料各尺寸计算公式的具体过程为：通过预轧轧比K1确定环件初始坯料尺寸的计算公式；K1＞1。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定内外表面异形的环件轧制坯料尺寸的方法，其特征在于；具体过程是：步骤一，确定环件的轧制工步：环件的轧制过程分为预轧工步和终轧工步；步骤二，确定环件中间坯料尺寸的计算公式：将所述环件中间坯料轴向对称面以上部分分为两层；分别获得各层的参数，并通过所述各层的参数得到该环件中间坯料尺寸；分层后的环件中间坯料轴向对称面以上部分的第一层沿轴向分为两段，第一段为等径段，第二段为变径段；所述环件中间坯料尺寸包括该环件中间坯料的外径D1、环件中间坯料的内径d1、环件中间坯料体积V1、环件中间坯料的高度H1和环件中间坯料的中径d2；确定的用于计算该环件中间坯料的外径D1、环件中间坯料的内径d1和环件中间坯料的中径d2的计算公式为：

【技术特征摘要】
1.一种确定内外表面异形的环件轧制坯料尺寸的方法，其特征在于；具体过程是：步骤一，确定环件的轧制工步：环件的轧制过程分为预轧工步和终轧工步；步骤二，确定环件中间坯料尺寸的计算公式：将所述环件中间坯料轴向对称面以上部分分为两层；分别获得各层的参数，并通过所述各层的参数得到该环件中间坯料尺寸；分层后的环件中间坯料轴向对称面以上部分的第一层沿轴向分为两段，第一段为等径段，第二段为变径段；所述环件中间坯料尺寸包括该环件中间坯料的外径D1、环件中间坯料的内径d1、环件中间坯料体积V1、环件中间坯料的高度H1和环件中间坯料的中径d2；确定的用于计算该环件中间坯料的外径D1、环件中间坯料的内径d1和环件中间坯料的中径d2的计算公式为：式中，K2为终轧轧比，S2为设计提出的环件纵截面面积；H211为等径段的高度；H212为变径段的高度；H22为第二层的高度；V21为第一层的体积；V22为第二层的体积；H211为第一层中等径段的高度；H212为第一层中变径段的高度；确定环件中间坯料体积V1的计算公式；所述的环件中间坯料体积V1为完整的环件中间坯料的体积；计算环件中间坯料体积V1为：V1＝2(V21+V22)(5)式中，V21为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层的高度，V22为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第二层的高度；所确定的该环件中间坯料高度H1的计算公式为：H1＝2(H21+H22)(6)式中，H21为第一层的高度；步骤三，确定环件中间坯料尺寸：通过所述确定的用于计算该环件中间坯料高度H1的计算公式(6)确定环件中间坯料高度H1：通过所述确定的用于计算该环件中间坯料的外径D1、环件中间坯料的内径d1和环件中间坯料的中径d2的计算公式(8)得到环件中间坯料的外径D1、中间坯料内径d1和中间坯料中径d2；步骤四，确定环件初始坯料尺寸计算公式；所述环件初始坯料形状为环形；该环件初始坯料的尺寸包括环件初始坯料外径D0、环件初始坯料内径d0和环件初始坯料高度H0；通过预轧轧比K1确定环件初始坯料尺寸的计算公式；K1＞1；确定的环件初始坯料外径D0、内径d0的计算公式分别为：式中，K1为预轧轧比，S1为环件中间坯料纵截面面积，H21为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层的高度；H22为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第二层的高度；V21为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层的体积；V22为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第二层的体积；确定的环件初始坯料外径高度H0的计算公式为：H0＝2(H21+H22)(11)式中，H21为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层的高度；H22为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第二层的高度；步骤五，确定环件初始坯料尺寸；Ⅰ确定环件初始坯料高度H0；通过所述确定的环件初始坯料外径高度H0的计算公式(11)确定环件初始坯料高度H0：Ⅱ确定环件初始坯料外径D0和环件初始坯料内径d0；通过所述确定的环件初始坯料外径D0、内径d0的计算公式(18)和(19)确定环件初始坯料外径D0和环件初始坯料内径d0；步骤六，确定预轧轧比K1和终轧轧比K2的取值范围；Ⅰ确定预轧轧比K1的取值范围；通过公式(21)确定预轧轧比K1的取值范围：式中，dpm-Max为预轧工步所用芯辊的最大截面直径，S1为环件中间坯料纵截面面积，H21为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层的高度，H22为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第二层的高度，V21为环件中间坯料轴向对称面以上部分划分的第一层的体积，V22为环件中间坯料轴向对称面以上部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭良刚，杨雯蓉，
申请(专利权)人：西北工业大学深圳研究院，西北工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44