專利名稱：一種確定環(huán)件徑軸向軋制毛坯尺寸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)件軋制成形加工領(lǐng)域，具體涉及一種確定環(huán)件徑軸向軋制毛坯尺寸的方法。

背景技術(shù)：
環(huán)件徑軸向軋制過程中，毛坯尺寸是重要的幾何工藝參數(shù)。毛坯尺寸設(shè)計是否合理，決定著環(huán)件徑軸向軋制過程能否成功實現(xiàn)，并對軋制工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計及最終環(huán)件產(chǎn)品的性能具有重要影響作用。目前毛坯尺寸的確定方法，都是依賴于經(jīng)驗直接給定毛坯尺寸，設(shè)計方法粗糙，缺乏科學(xué)依據(jù)，導(dǎo)致軋制的環(huán)鍛件尺寸與最終環(huán)件產(chǎn)品尺寸相差較大，需要通過大量后續(xù)的切削加工等工序，才能獲得最終尺寸的環(huán)件產(chǎn)品，即浪費了材料、延長了周期，而且產(chǎn)品性能得不到保證，增加了生產(chǎn)成本。Keeton提出一個簡單關(guān)系h2-b2＝const(h為環(huán)坯瞬時高度；b為環(huán)坯瞬時壁厚；const為一常數(shù))用于矩形截面環(huán)件徑軸向軋制的預(yù)成形毛坯設(shè)計(Keeton CR.“Ring rolling”，in Metals handbookforming and forging[M].ASM International，Metals Park，OH，1988)，該方法可在一定范圍內(nèi)避免成形缺陷，但對于某一個環(huán)件的軋制，在給定芯輥直徑的前提下，只能設(shè)計唯一的環(huán)坯，且這個環(huán)坯不一定最優(yōu)。KANG等提出基于剛粘塑性有限元法的反向模擬方法(Kang BS，Kobayashi S.Preform design in ring rollingprocesses by the three-dimensional finite element method[J].International Journal ofMachine Tools and Manufacture，1991，31(1)139-151)，用于環(huán)件軋制的預(yù)成形設(shè)計，但由于環(huán)件軋制過程的幾何、邊界、物理三重非線性，計算效率低，毛坯設(shè)計周期長，限制了該方法的應(yīng)用。


發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的或者生產(chǎn)周期長、成本高、產(chǎn)品性能得不到保證，或者環(huán)件軋制毛坯設(shè)計效率低的不足，本發(fā)明提出了一種確定環(huán)件徑軸向軋制毛坯尺寸的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的確定環(huán)件徑軸向軋制毛坯尺寸的方法包括如下步驟 步驟一，確定毛坯尺寸計算公式，毛坯尺寸包括環(huán)坯的外徑D0、內(nèi)徑D0、高度h0、壁厚b0； I、對于壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，確定毛坯各尺寸的計算公式如下 毛坯壁厚b0由式(6)確定 毛坯高度h0由式(12)確定 h0＝kbfhf/b0(12) 毛坯外徑D0由式(14)確定 D0＝(Df-bf)bfhf/h0b0+b0 (14) 毛坯內(nèi)徑d0由式(15)確定 d0＝(Df-df)bfhf/h0b0-b0 (15) II、對于壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，確定毛坯各尺寸的計算公式如下 毛坯壁厚b0由式(11)確定 b0＝kbf (11) 毛坯高度h0由式(12)確定 h0＝kbfhf/b0(12) 毛坯外徑D0由式(14)確定 D0＝(Df-bf)bfhf/h0b0+b0 (14) 毛坯內(nèi)徑d0由式(15)確定 d0＝(Df-bf)bfhf/h0b0-b0 (15) III、對于壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，確定毛坯各尺寸的計算公式如下 毛坯壁厚b0由式(5)確定 毛坯高度h0由式(12)確定 h0＝kbfhf/b0 (12) 毛坯外徑D0由式(14)確定 D0＝(Df-bf)bfhf/h0b0+b0(14) 毛坯內(nèi)徑d0由式(15)確定 d0＝(Df-bf)bfhf/h0b0-b0(15) 以上各式中，k為軋比；tanα為徑軸向變形量分配比；Df、df、hf和bf分別為最終環(huán)鍛件的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；D0、d0、h0和b0分別為毛坯的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；dm為芯輥的直徑； 步驟二，確定軋比k及徑軸向變形量分配比tanα取值范圍計算公式； I、對于壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，由得到的式(23)確定軋比k的取值范圍，在該范圍內(nèi)選取某一k值，再由得到的式(29)確定tanα的取值范圍； II、對于壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，由得到的式(21)確定軋比k的取值范圍，tanα的取值為0； III、對于壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，b0有兩個實根，分別為 當(dāng)b0取b01時，由得到的式(21)確定軋比k的取值范圍，在該范圍內(nèi)選取某一k值，再由得到的式(30)確定tanα的取值范圍；當(dāng)b0取b02時，根據(jù)盛金定理，由得到的式(24)并結(jié)合

確定軋比k的取值范圍，在該范圍內(nèi)選取某一k值，再由得到的式(33)確定tanα的取值范圍； 以上各式中，系數(shù)u＝(Df-bf)/k-dm；k為軋比；tanα為徑軸向變形量分配比；Df、df、hf和bf分別為最終環(huán)鍛件的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；D0、d0、h0和b0分別為毛坯的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；dm為芯輥的直徑； 步驟三，獲取最終環(huán)鍛件的外徑Df、內(nèi)徑df、高度hf和壁厚bf，以及芯輥的直徑dm；確定環(huán)件徑軸向軋制的變形模式； 步驟四，根據(jù)獲取的最終環(huán)鍛件的外徑Df、內(nèi)徑df、高度hf、壁厚bf、芯輥的直徑dm及確定的變形模式，計算確定軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的取值范圍 I、對于壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，由得到的式(23)確定軋比k的取值范圍，在該范圍內(nèi)選取某一k值，再由得到的式(29)確定tanα的取值范圍； II、對于壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，由得到的式(21)確定軋比k的取值范圍，tanα的取值為0； III、對于壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，當(dāng)b0取b01時，由得到的式(21)確定軋比k的取值范圍，在該范圍內(nèi)選取某一k值，再由得到的式(30)確定tanα的取值范圍；當(dāng)b0取b02時，根據(jù)盛金定理，由得到的式(24)并結(jié)合

確定軋比k的取值范圍，在該范圍內(nèi)選取某一k值，再由得到的式(33)確定tanα的取值范圍。
以上各式中，系數(shù)u＝(Df-bf)/k-dm；k為軋比tanα為徑軸向變形量分配比；Df、df、hf和bf分別為最終環(huán)鍛件的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；D0、d0、h0和b0分別為毛坯的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚dm為芯輥的直徑；u＝(Df-bf)/k-dm； 步驟五，根據(jù)確定的相應(yīng)變形模式下的軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的取值范圍，選取軋比k和相應(yīng)的徑軸向變形量分配比tanα的值。
步驟六，根據(jù)選取的相應(yīng)變形模式下的軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的值，計算相應(yīng)變形模式下的毛坯壁厚b0 I、對于壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，由得到的式(6)計算確定毛坯的壁厚b0； II、對于壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，由得到的式(11)計算確定毛坯的壁厚b0； b0＝kbf (11) III、對于壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，由得到的式(5)計算確定毛坯的壁厚b0； 步驟七，根據(jù)選取的相應(yīng)變形模式下的軋比k值及計算的相應(yīng)變形模式下的毛坯壁厚b0值，代入得到的式(12)，計算相應(yīng)變形模式下的毛坯高度h0，進而由得到的式(14)和(15)，計算相應(yīng)變形模式下毛坯的外徑D0和內(nèi)徑d0； h0＝kbfhf/b0(12) D0＝(Df-bf)bfhf/h0b0+b0 (14) d0＝(Df-bf)bfhf/h0b0-b0 (15) 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出的一種基于軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的環(huán)件徑軸向毛坯尺寸確定方法，只需獲得最終環(huán)鍛件尺寸(包括環(huán)鍛件的外徑Df、內(nèi)徑df、高度hf、壁厚bf)以及芯輥直徑dm，即可快速確定軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的取值范圍，然后在確定的范圍內(nèi)取值，則可快速確定毛坯的尺寸，包括外徑D0、內(nèi)徑d0、高度h0、壁厚b0。該方法對于軋制某一環(huán)鍛件，能夠設(shè)計一系列不同軋比k、不同徑軸向變形量分配比tanα的毛坯，提高了環(huán)件徑軸向軋制毛坯的設(shè)計效率和產(chǎn)品性能，縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本。本發(fā)明為環(huán)件徑軸向軋制毛坯的設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)，為研究包括毛坯在內(nèi)的軋制過程優(yōu)化設(shè)計提供了重要方法和基礎(chǔ)，有利于促進環(huán)件徑軸向軋制先進理論和技術(shù)的進一步發(fā)展。



圖1為確定環(huán)件徑軸向軋制毛坯尺寸的流程框圖。
圖2為環(huán)件徑軸向軋制三種變形模式圖。其中，圖2(a)為壁厚減薄、高度減小、直徑擴大；圖2(b)為壁厚減薄、高度不變、直徑擴大；圖2(c)為壁厚減薄、高度增加、直徑擴大。

具體實施例方式 本實施例是一種確定環(huán)件徑軸向軋制毛坯尺寸的方法，具體步驟如下 步驟一，確定毛坯尺寸計算公式，毛坯尺寸包括環(huán)坯的外徑D0、內(nèi)徑d0、高度h0、壁厚b0； 如圖2所示。在環(huán)件徑軸向軋制成形過程中存在三種變形模式(a)壁厚減薄、高度減小、直徑擴大，如圖2(a)所示；(b)壁厚減薄、高度不變、直徑擴大，如圖2(b)所示；(c)壁厚減薄、高度增大、直徑擴大。在圖2中，D0，d0，h0，b0分別為環(huán)坯的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；Df，df，hf，bf分別為最終環(huán)件的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；α為變形前后截面頂點連線與圖2中坐標(biāo)系正x方向的夾角。
根據(jù)圖2中的幾何關(guān)系可知，徑軸向變形量分配比tanα可表示為 tanα＝(h0-hf)/(b0-bf) (1) 對于不同的變形模式，tanα有不同的取值范圍。對于圖2(a)壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，

對于圖2(b)壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，tanα＝0；對于圖2(c)壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，
軋比k為變形前后截面面積之比，如式(2)所示 k＝b0h0/bfhf (2) 環(huán)件徑軸向軋制變形的結(jié)果，就是要通過環(huán)坯截面的減小，使得環(huán)件外徑增大，故軋比k大于1，即
由式(1)和(2)得到 (1)當(dāng)tanα≠0時，即對應(yīng)于圖2(a)和圖2(c)變形模式，要使式(3)關(guān)于環(huán)坯壁厚b0的一元二次方程有解，需滿足 (bfxtanα-hf)2+4kbfhftanα≥0 (4) ①對于圖2(a)壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，

不等式(4)恒成立，故求解方程(3)，得到壁厚b0 而環(huán)坯壁厚

得到 因此，對于圖2(a)壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，環(huán)坯壁厚b0由式(6)確定。
②對于圖2(c)壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，

因此，要使不等式(4)成立，需滿足 結(jié)合

得到 將不等式(4)展開為tanα的二次不等式，得到 進一步求解，得到

或

由于

并結(jié)合

得到 因此，對于圖2(c)壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，只要軋比k和徑軸向變形量分配比tanα分別滿足不等式(8)和(10)，環(huán)坯壁厚b0有兩個實根，并由式(5)確定。
(2)當(dāng)tanα＝0時，即對應(yīng)于圖2(b)壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，由方程(3)，得到 b0＝kbf (11) 因此，對于圖2(b)壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，環(huán)坯壁厚b0由式(11)確定。
綜上，對于環(huán)件徑軸向軋制圖2中(a)、(b)、(c)三種變形模式，環(huán)坯的壁厚b0分別由式(6)、(11)、(5)確定。
根據(jù)式(2)，得到 h0＝kbfhf/b0(12) 再根據(jù)體積不變條件，有 由式(13)，得到 D0＝(Df-bf)bfhf/h0b0+b0 (14) d0＝(Df-bf)bfhf/h0b0-b0 (15) 綜上所述，對于環(huán)件徑軸向軋制圖2中(a)、(b)、(c)三種變形模式，環(huán)坯的壁厚b0分別由得到的式(6)、(11)、(5)確定，再結(jié)合得到的式(12)、(14)、(15)，即可計算得到三種變形模式下的環(huán)坯高度、外徑和內(nèi)徑。
以上各式中，系數(shù)u＝(Df-bf)/k-dm；k為軋比；tanα為徑軸向變形量分配比；Df、df、hf和bf分別為最終環(huán)鍛件的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；D0、d0、h0和b0分別為毛坯的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；dm為芯輥的直徑。
步驟二，確定軋比k及徑軸向變形量分配比tanα取值范圍計算公式； 根據(jù)上述推導(dǎo)的環(huán)件徑軸向軋制三種變形模式下環(huán)坯尺寸計算公式，可知只要給定最終環(huán)鍛件尺寸、軋比k及徑軸向變形量分配比tanα，即可計算求得環(huán)坯的尺寸。然而，最終環(huán)鍛件尺寸可通過測量獲得，但k和tanα的取值，則需要確定其合理的取值范圍，其具體過程為 (1)確定軋比k的取值范圍計算公式 軋比k表示環(huán)件軋制的變形程度，通常情況下

同時，環(huán)坯內(nèi)徑d0要大于芯輥的直徑dm，因此，根據(jù)式(15)，得到 根據(jù)式(12)，得到 (Df-bf)/k-dm≥b0 (17) 進一步整理，得到 1)當(dāng)tanα＝0時，b0＝kbf，代入式(18)可得 求解不等式(19)，得到 再結(jié)合

得到當(dāng)tanα＝0時，圖2(b)壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式下軋比k的取值范圍 2)當(dāng)

時，把式(12)代入式(15)，得到 d0＝(Df-bf)/k-b0(22) 將式(6)代入式(22)；式(22)為d0關(guān)于tanα的減函數(shù)，因此，當(dāng)tanα→+∞時，d0取最小值dm。此時，由式(1)得到b0→bf，則由式(18)并結(jié)合

得到圖2(a)壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式下軋比k的取值范圍 3)當(dāng)

時，b0有兩個實根，分別為 ①b0取b01時，式(22)為減函數(shù)，因此tanα→0時，d0取最小值dm。此時，軋比k的取值范圍與tanα＝0時相同，即k按式(21)確定的范圍內(nèi)取值。
②b0取b02時，式(22)為增函數(shù)，故d0在tanα取最小值時達到最小值為dm。由于在式(10)中，

所以tanα最小值取

將該最小值代入式(5)b0的表達式，并把b0代入式(17)，經(jīng)過整理，得到關(guān)于k的一元三次不等式 根據(jù)盛金定理，求解不等式(25)，同時結(jié)合

即可得到當(dāng)b0取b02時k的取值范圍。
(2)確定徑軸向變形量分配比tanα的取值范圍計算公式 本發(fā)明根據(jù)以下方法，確定tanα的取值范圍。
1)tanα＞0 將式(6)代入式(17)，并令u＝(Df-bf)/k-dm，得到 經(jīng)整理得到 因為

并且當(dāng)

時，k的取值范圍為

k在此范圍取值時，若

則 若則 tanα＞0 (28) 因此，

時，給定k的取值范圍

得到圖2(a)壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式下的tanα取值范圍為 2)tanα＜0 ①b0取b01時，同樣可以得到不等式(26)，此時k的范圍由式(21)確定。當(dāng)k在此范圍內(nèi)取值時，因為

且

并且

時式(3)有解的條件為式(10)，故得到b0取b01時圖2(c)壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式下tanα的取值范圍為 ②b0取b02時，代入式(17)，并令u＝(Df-bf)/k-dm，可得 在根據(jù)式(24)并結(jié)合

確定的k的范圍內(nèi)，因為

且故 由于

時式(3)有解的條件為式(10)，故得到b0取b02時圖2(c)壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式下tanα的取值范圍為 以上各式中，系數(shù)u＝(Df-bf)/k-dm；k為軋比；tanα為徑軸向變形量分配比；Df、df、hf和bf分別為最終環(huán)鍛件的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；D0、d0、h0和b0分別為毛坯的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；dm為芯輥的直徑。
步驟三，獲取最終環(huán)鍛件尺寸和變形模式；本實施例中，Df*df*hf*bf為600.0*500.0*80.0*50.0mm，獲取芯輥直徑dm為260mm，確定環(huán)件徑軸向軋制的變形模式。
步驟四，計算確定軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的取值范圍；根據(jù)獲取的最終環(huán)鍛件尺寸Df*df*hf*bf、芯輥直徑dm以及確定的變形模式，計算確定軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的取值范圍 ①對于圖2(a)壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，由得到的式(23)確定軋比k的取值范圍為k∈(1，1.774)，在該范圍內(nèi)分別選取k為1.3、1.5、1.65，再由得到的式(29)可分別確定tanα的范圍為tanα∈(0，+∞)、tanα∈(0，+∞)、tanα∈(0.428，+∞)； ②對于圖2(b)壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，由得到的式(21)確定軋比k的取值范圍為k∈(1，1.614)，tanα的取值為0； ③對于圖2(c)壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，當(dāng)b0取b01時，由得到的式(21)確定軋比k的取值范圍為k∈(1，1.614)，在此范圍分別取k為1.2、1.4、1.6，再由得到的式(30)確定tanα的取值范圍，確定的tanα范圍分別為tanα∈(-0.377，0)、tanα∈(-0.457，0)、tanα∈-0.107，0)；當(dāng)b0取b02時，由得到的式(24)并結(jié)合

確定軋比k的取值范圍為k∈(1，1.447)，在此范圍分別取k為1.2、1.3、1.4，再由得到的式(33)分別確定tanα的范圍為tanα∈(-0.673，-0.377)、tanα∈(-0.562，-0.426)、tanα∈(-0.486，-0.457)。
步驟五，選取軋比k和相應(yīng)的徑軸向變形量分配比tanα的值；根據(jù)確定的相應(yīng)變形模式下的軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的取值范圍，選取軋比k和相應(yīng)的徑軸向變形量分配比tanα的值 ①對于圖2(a)壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，在軋比k的范圍k∈(1，1.774)內(nèi)分別選取k為1.3、1.5、1.65，在對應(yīng)的tanα的范圍tanα∈(0，+∞)、tanα∈(0，+∞)、tanα∈(0.428，+∞)內(nèi)分別選取tanα為0.6、0.8、1.5； ②對于圖2(b)壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，在軋比k的范圍k∈(1，1.614)內(nèi)分別選取k為1.2、1.4、1.6，對應(yīng)的tanα取值都為0； ③對于圖2(c)壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，當(dāng)b0取b01時，在軋比k的范圍k∈(1，1.614)內(nèi)分別取k為1.2、1.4、1.6，在對應(yīng)的tanα的范圍tanα∈(-0.377，0)、tanα∈(-0.457，0)、tanα∈(-0.107，0)內(nèi)分別選取tanα為-0.2、-0.3、-0.1；當(dāng)b0取b02時，在軋比k的范圍k∈(1，1.447)內(nèi)分別取k為1.2、1.3、1.4，在對應(yīng)的tanα的范圍tanα∈(-0.673，-0.377)、tanα∈(-0.562，-0.426)、tanα∈(-0.486，-0.457)內(nèi)分別選取tanα為-0.6、-0.5、-0.47。
步驟六，根據(jù)選取的相應(yīng)變形模式下的軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的值，計算相應(yīng)變形模式下的毛坯壁厚b0 ①對于圖2(a)壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，選取的k分別為1.3、1.5、1.65，對應(yīng)的tanα取值分別為0.6、0.8、1.5，代入得到的式(6)可計算確定毛坯的壁厚b0分別為60.3mm、65.1mm和64.7mm； ②對于圖2(b)壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，選取的k分別為1.3、1.5、1.6，對應(yīng)的tanα取值都為0，代入得到的式(11)中，確定毛坯的壁厚b0分別為60.0mm、70.0mm和80.0mm； ③對于圖2(c)壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，當(dāng)毛坯的壁厚b0取b01時，選取的k分別為1.2、1.4、1.6，對應(yīng)tanα取值分別為-0.2、-0.3、-0.1，代入得到的式(5)計算確定的毛坯壁厚b0分別為61.8mm、78.3mm和83.5mm；當(dāng)毛坯的壁厚b0取b02時，選取的k分別為1.2、1.3、1.4，對應(yīng)tanα取值分別為-0.6、-0.5、-0.47，代入得到的式(5)計算確定的毛坯壁厚b0分別為111.7mm、130.0mm和124.5mm。
步驟七，根據(jù)選取的相應(yīng)變形模式下的軋比k值及計算的相應(yīng)變形模式下的毛坯壁厚b0值，代入得到的式(12)計算相應(yīng)變形模式下的毛坯高度h0，進而由得到的式(14)和(15)，計算相應(yīng)變形模式下毛坯的外徑D0和內(nèi)徑d0 ①對于圖2(a)壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，選取的k分別為1.3、1.5、1.65，計算確定的毛坯壁厚b0分別為60.3mm、65.1mm和64.7mm，代入得到的式(12)，計算確定的毛坯高度h0分別為86.2mm、92.1mm和102.0mm；進而由得到的式(14)，計算確定的毛坯外徑D0分別為483.4mm、431.8mm和398.0mm；由得到的式(15)，計算確定的毛坯內(nèi)徑d0分別為362.7mm、301.5mm和268.6mm； ②對于圖2(b)壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，選取的k分別為1.3、1.5、1.6，計算確定的毛坯壁厚b0分別為60.0mm、70.0mm和80.0mm，代入得到的式(12)，計算確定的毛坯高度分別為80.0mm、80.0mm和80.0mm；進而由得到的式(14)，計算確定的毛坯外徑D0分別為518.3mm、462.9mm和423.8mm；由得到的式(15)，計算確定的毛坯內(nèi)徑d0分別為398.3mm、322.9mm和263.8mm； ③對于圖2(c)壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，當(dāng)毛坯的壁厚b0取b01時，選取的k分別為1.2、1.4、1.6，計算確定的毛坯壁厚b0分別為61.8mm、78.3mm和83.5mm，代入得到的式(12)，計算確定的毛坯高度h0分別為77.6mm、71.5mm和76.7mm；進而由得到的式(14)，計算確定的毛坯外徑D0分別為520.2mm、471.2mm和427.2mm；由得到的式(15)，計算確定的毛坯內(nèi)徑d0分別為396.5mm、314.5mm和260.3mm；當(dāng)毛坯的壁厚b0取b02時，選取的k分別為1.2、1.3、1.4，計算確定的毛坯壁厚b0分別為111.7mm、130.0mm和124.5mm，代入得到的式(12)，計算確定的毛坯高度h0分別為43.0mm、40.0mm和45.0mm；進而由得到的式(14)，計算確定的毛坯外徑D0分別為570.1mm、553.1mm和517.4mm；由得到的式(15)，計算確定的毛坯內(nèi)徑d0分別為346.6mm、293.1mm和268.3mm。
本發(fā)明上述實施例中，圖2(a)、(b)、(c)三種變形模式下各自三個毛坯尺寸計算實施例的結(jié)果分別總結(jié)為表1、表2、表3。
表1圖2(a)壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式下毛坯尺寸計算實施例 表2圖2(b)壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式下毛坯尺寸計算實施例 表3圖2(c)壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式下毛坯尺寸計算實施例 注①k∈(1，1.614)；②k∈(1，1.447)。
權(quán)利要求
1.一種確定環(huán)件徑軸向軋制毛坯尺寸的方法，其特征在于，所述的確定環(huán)件徑軸向軋制毛坯尺寸的方法包括以下步驟
步驟一，確定毛坯尺寸計算公式，毛坯尺寸包括環(huán)坯的外徑D0、內(nèi)徑d0、高度h0、壁厚b0；
I、對于壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，確定毛坯各尺寸的計算公式如下
毛坯壁厚b0由式(6)確定
毛坯高度h0由式(12)確定
h0＝kbfhf/b0 (12)
毛坯外徑D0由式(14)確定
D0＝(Df-bf)bfhf/h0b0+b0(14)
毛坯內(nèi)徑d0由式(15)確定
d0＝(Df-bf)bfhf/h0b0-b0(15)
II、對于壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，確定毛坯各尺寸的計算公式如下
毛坯壁厚b0由式(11)確定
b0＝kbf(11)
毛坯高度h0由式(12)確定
h0＝kbfhf/b0 (12)
毛坯外徑D0由式(14)確定
D0＝(Df-bf)bfhf/h0b0+b0(14)
毛坯內(nèi)徑d0由式(15)確定
d0＝(Df-bf)bfhf/h0b0-b0 (15)
III、對于壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，確定毛坯各尺寸的計算公式如下
毛坯壁厚b0由式(5)確定
毛坯高度h0由式(12)確定
h0＝kbfhf/b0(12)
毛坯外徑D0由式(14)確定
D0＝(Df-bf)bfhf/h0b0+b0 (14)
毛坯內(nèi)徑d0由式(15)確定
d0＝(Df-bf)bfhf/h0b0-b0 (15)
以上各式中，k為軋比；tanα為徑軸向變形量分配比；Df、df、hf和bf分別為最終環(huán)鍛件的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；D0、d0、h0和b0分別為毛坯的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；dm為芯輥的直徑；
步驟二，確定軋比k及徑軸向變形量分配比tanα取值范圍計算公式；
I、對于壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，由得到的式(23)確定軋比k的取值范圍，在該范圍內(nèi)選取某一k值，再由得到的式(29)確定tanα的取值范圍；
II、對于壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，由得到的式(21)確定軋比k的取值范圍，tanα的取值為0；
III、對于壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，b0有兩個實根，分別為
當(dāng)b0取b01時，由得到的式(21)確定軋比k的取值范圍，在該范圍內(nèi)選取某一k值，再由得到的式(30)確定tanα的取值范圍；當(dāng)b0取b02時，根據(jù)盛金定理，由得到的式(24)并結(jié)合
確定軋比k的取值范圍，在該范圍內(nèi)選取某一k值，再由得到的式(33)確定tanα的取值范圍；
以上各式中，系數(shù)u＝(Df-bf)/k-dm；k為軋比；tanα為徑軸向變形量分配比；Df、df、hf和bf分別為最終環(huán)鍛件的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；D0、d0、h0和b0分別為毛坯的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；dm為芯輥的直徑；
步驟三，獲取最終環(huán)鍛件的外徑Df、內(nèi)徑df、高度hf和壁厚bf，以及芯輥的直徑dm；確定環(huán)件徑軸向軋制的變形模式；
步驟四，根據(jù)獲取的最終環(huán)鍛件的外徑Df、內(nèi)徑df、高度hf、壁厚bf、芯輥的直徑dm及確定的變形模式，計算確定軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的取值范圍
I、對于壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，由得到的式(23)確定軋比k的取值范圍，在該范圍內(nèi)選取某一k值，再由得到的式(29)確定tanα的取值范圍；
II、對于壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，由得到的式(21)確定軋比k的取值范圍，tanα的取值為0；
III、對于壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，當(dāng)b0取b01時，由得到的式(21)確定軋比k的取值范圍，在該范圍內(nèi)選取某一k值，再由得到的式(30)確定tanα的取值范圍；當(dāng)b0取b02時，根據(jù)盛金定理，由得到的式(24)并結(jié)合
確定軋比k的取值范圍，在該范圍內(nèi)選取某一k值，再由得到的式(33)確定tanα的取值范圍。
以上各式中，系數(shù)u＝(Df-bf)/k-dm；k為軋比；tanα為徑軸向變形量分配比；Df、df、hf和bf分別為最終環(huán)鍛件的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；D0、d0、h0和b0分別為毛坯的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；dm為芯輥的直徑；u＝(Df-bf)/k-dm；
步驟五，根據(jù)確定的相應(yīng)變形模式下的軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的取值范圍，選取軋比k和相應(yīng)的徑軸向變形量分配比tanα的值。
步驟六，根據(jù)選取的相應(yīng)變形模式下的軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的值，計算相應(yīng)變形模式下的毛坯壁厚b0
I、對于壁厚減薄、高度減小、直徑擴大的變形模式，由得到的式(6)計算確定毛坯的壁厚b0；
II、對于壁厚減薄、高度不變、直徑擴大的變形模式，由得到的式(11)計算確定毛坯的壁厚b0；
b0＝kbf(11)
III、對于壁厚減薄、高度增大、直徑擴大的變形模式，由得到的式(5)計算確定毛坯的壁厚b0；
步驟七，根據(jù)選取的相應(yīng)變形模式下的軋比k值及計算的相應(yīng)變形模式下的毛坯壁厚b0值，代入得到的式(12)，計算相應(yīng)變形模式下的毛坯高度h0，進而由得到的式(14)和(15)，計算相應(yīng)變形模式下毛坯的外徑D0和內(nèi)徑d0；
h0＝kbfhf/b0 (12)
D0＝(Df-bf)bfhf/h0b0+b0(14)
d0＝(Df-bf)bfhf/h0b0-b0(15)。
全文摘要
一種確定環(huán)件徑軸向軋制毛坯尺寸的方法，首先確定毛坯尺寸計算公式和軋比k及徑軸向變形量分配比tanα取值范圍，獲取環(huán)鍛件的外徑Df、內(nèi)徑df、高度hf和壁厚bf及芯輥直徑dm；確定環(huán)件徑軸向軋制的變形模式。根據(jù)獲取的環(huán)鍛件和芯輥尺寸及確定的變形模式，計算確定軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的取值范圍；根據(jù)確定的取值范圍和變形模式選取軋比k和相應(yīng)的徑軸向變形量分配比tanα的值，計算相應(yīng)變形模式下的毛坯壁厚b0，最終獲得相應(yīng)變形模式下的毛坯高度h0、外徑D0和內(nèi)徑d0。本發(fā)明對于某一環(huán)鍛件軋制，能夠設(shè)計一系列不同軋比k和徑軸向變形量分配比tanα的毛坯，提高了環(huán)件徑軸向軋制毛坯的設(shè)計效率和產(chǎn)品性能，縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本，為研究包括毛坯在內(nèi)的軋制過程優(yōu)化設(shè)計提供了重要方法和基礎(chǔ)。
文檔編號B21B37/00GK101829686SQ20101016475
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者郭良剛, 楊合 申請人:西北工業(yè)大學(xué)