專利名稱：厚壁小孔外臺階環(huán)件對稱復(fù)合軋制成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于塑性加工領(lǐng)域，具體涉及一種厚壁小孔外臺階環(huán)件對稱復(fù)合軋制成形方法。
背景技術(shù)：
石化、電力領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的管道連接法蘭、高壓閥體零件，通常為外表面帶臺階的環(huán)形零件(簡稱外臺階環(huán)件)，具有壁厚大、孔徑小(壁厚通常與孔徑相當(dāng)或超過孔徑)、臺階深的幾何特征，為一種厚壁小孔外臺階環(huán)件。其傳統(tǒng)制造方法為先通過自由鍛制成矩形環(huán)件，再通過機(jī)械切削加工臺階，能耗高、材料利用率和生產(chǎn)效率低，切削加工破壞金屬流線分布導(dǎo)致產(chǎn)品性能差。發(fā)明專利ZL200410060887. X提出了一種外臺階環(huán)件軋制成形的 方法，通過軋制塑性變形直接成形外臺階環(huán)件，可有效降低加工能源和材料消耗，提高生產(chǎn)效率。然而，該方法提出的軋制用環(huán)坯為外臺階形狀，制坯難度較大，尤其對于大尺寸環(huán)件，需要反復(fù)加熱鍛造，制坯能耗高、效率低。此外，環(huán)件軋制方法主要適合于壁薄、孔徑較大環(huán)件成形，而對于厚壁小孔外臺階環(huán)件，由于軋制比小且臺階深，軋制過程中環(huán)件直徑擴(kuò)大與孔型填充不同步，導(dǎo)致環(huán)件外徑達(dá)到尺寸時(shí)臺階不能完全成形。因此，上述環(huán)件軋制方法不適于厚壁小孔外臺階環(huán)件成形，而此類環(huán)件目前仍是采用傳統(tǒng)自由鍛聯(lián)合機(jī)械切削方法制造,生產(chǎn)效率低、成本高、產(chǎn)品質(zhì)量差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述不足，提供一種厚壁小孔外臺階環(huán)件對稱復(fù)合軋制成形方法，通過合理設(shè)計(jì)環(huán)坯、軋制孔型和軋制工藝參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)由矩形截面環(huán)坯一次軋制成形包括兩個(gè)厚壁小孔外臺階環(huán)件的外凹槽環(huán)件，有效降低了加工能源材料消耗，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種厚壁小孔外臺階環(huán)件對稱復(fù)合軋制成形方法，利用裝備有主軋輥、芯輥和兩個(gè)副軋輥的軋制設(shè)備，將矩形截面環(huán)坯一次軋制成形外凹槽環(huán)件；所述外凹槽環(huán)件由兩個(gè)相同大小的厚壁小孔外臺階環(huán)件通過中部切割帶對稱連接構(gòu)成，兩厚壁小孔外臺階環(huán)件軸線重合；具體步驟包括(1)根據(jù)厚壁小孔外臺階環(huán)件尺寸，確定軋制成形外凹槽環(huán)件尺寸，然后基于塑性變形體積不變原理，確定矩形截面環(huán)坯尺寸并制坯；(2)根據(jù)環(huán)件軋制變形條件和設(shè)備結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計(jì)軋制孔型并按軋制孔型設(shè)計(jì)加工主軋輥、芯輥和副軋輥；(3)成形參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)環(huán)件軋制變形條件和主軋輥尺寸依次設(shè)計(jì)主軋輥轉(zhuǎn)速和主軋輥進(jìn)給速度；(4)按軋制參數(shù)軋制成形外凹槽環(huán)件；(5)切割外凹槽環(huán)件得到厚壁小孔外臺階環(huán)件。按上述技術(shù)方案，步驟(I)中將棒料段從室溫均勻加熱到始鍛溫度，然后將熱態(tài)的棒料段鐓粗、沖孔、沖連皮，制成軋制用矩形截面環(huán)坯，所述的矩形截面環(huán)坯尺寸根據(jù)軋制成形外凹槽環(huán)件體積和軋制比確定。按上述技術(shù)方案，步驟(2)中軋制孔型設(shè)計(jì)為閉式孔型，主軋輥和兩個(gè)副軋輥工作面帶有成形環(huán)件外表面凹槽的凸臺，芯輥工作面為圓柱面；軋輥尺寸按如下方法確定a)主軋輥和芯輥工作面尺寸主軋輥和芯輥尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下條件①主軋棍和芯棍的最小工作面半徑應(yīng)滿足穩(wěn)定軋制條件,使環(huán)還產(chǎn)生連續(xù)軋制變形
權(quán)利要求
1.一種厚壁小孔外臺階環(huán)件對稱復(fù)合軋制成形方法，利用裝備有主軋輥、芯輥和兩個(gè)副軋輥的軋制設(shè)備，將矩形截面環(huán)坯一次軋制成形外凹槽環(huán)件；所述外凹槽環(huán)件由兩個(gè)相同大小的厚壁小孔外臺階環(huán)件通過中部切割帶對稱連接構(gòu)成，兩厚壁小孔外臺階環(huán)件軸線重合；具體包括(1)根據(jù)厚壁小孔外臺階環(huán)件尺寸，確定軋制成形外凹槽環(huán)件尺寸，然后基于塑性變形體積不變原理，確定矩形截面環(huán)坯尺寸并制坯；(2)根據(jù)環(huán)件軋制變形條件和設(shè)備結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計(jì)軋制孔型并按軋制孔型設(shè)計(jì)加工主軋輥、芯輥和副軋輥；(3)成形參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)環(huán)件軋制變形條件和主軋輥尺寸依次設(shè)計(jì)主軋輥轉(zhuǎn)速和主軋輥進(jìn)給速度；(4)按軋制參數(shù)軋制成形外凹槽環(huán)件；(5)切割外凹槽環(huán)件得到厚壁小孔外臺階環(huán)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的成形方法，其特征在于步驟(I)中將棒料段從室溫均勻加熱到始鍛溫度，然后將熱態(tài)的棒料段鐓粗、沖孔、沖連皮，制成軋制用矩形截面環(huán)坯，所述的矩形截面環(huán)坯尺寸根據(jù)軋制成形外凹槽環(huán)件體積和軋制比確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的成形方法，其特征在于步驟(2)中軋制孔型設(shè)計(jì)為閉式孔型，主軋輥和兩個(gè)副軋輥工作面帶有成形環(huán)件外表面凹槽的凸臺，芯輥工作面為圓柱面；軋輥尺寸按如下方法確定 a)主軋輥和芯輥工作面尺寸 主軋輥和芯輥尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下條件 ①主軋棍和芯棍的最小工作面半徑應(yīng)滿足穩(wěn)定軋制條件，使環(huán)還產(chǎn)生連續(xù)軋制變形
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的成形方法，其特征在于步驟(3)中成形參數(shù)按如下方法確定 a)主軋輥轉(zhuǎn)速 為了保證環(huán)件穩(wěn)定軋制，主軋輥線速度Vm取I. I I. 3m/s,從而根據(jù)主軋輥工作面半徑，確定主軋輥轉(zhuǎn)速為nm=Vm/2 Rm2 ； b)主軋輥進(jìn)給速度 為了滿足穩(wěn)定軋制條件，主軋輥進(jìn)給速度V按下式設(shè)計(jì) V= (0.1 0.2) ~/77 + ^ + ^ + ^ 3。4今11 R° rJ 式中，A=CV^Rci=DciA分別為環(huán)坯內(nèi)、外半徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或4所述的成形方法，其特征在于步驟(4)軋制成形過程中，主軋輥?zhàn)髦鲃有D(zhuǎn)運(yùn)動和向下靠攏環(huán)坯的直線進(jìn)給運(yùn)動，芯輥和右副軋輥、左副軋輥為軸心固定的空轉(zhuǎn)輥，整個(gè)變形過程可分為兩個(gè)階段(I)環(huán)件軋制階段主軋輥、芯輥與環(huán)坯構(gòu)成環(huán)件軋制變形模式，環(huán)坯在主軋輥旋轉(zhuǎn)進(jìn)給作用下產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形而減薄壁厚、擴(kuò)大直徑，同時(shí)表面凹槽會稍微成形；(2)表面橫軋階段當(dāng)環(huán)坯外徑擴(kuò)大至與左、右副軋輥接觸后，主動輥繼續(xù)進(jìn)給，主軋輥和左、右副軋輥對環(huán)坯形成三點(diǎn)表面橫軋，主軋輥和左、右副軋輥位置限制了環(huán)坯周向金屬流動，迫使其表面金屬沿徑向填充軋輥型腔，環(huán)坯在旋轉(zhuǎn)過程中連續(xù)填充軋輥型腔而逐漸成形溝槽，當(dāng)金屬充滿軋輥型腔，凹槽完全成形，軋制過程結(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成形方法，其特征在于步驟(5)將外凹槽環(huán)件放在鋸床上，從中間切割帶處鋸切成兩個(gè)厚壁小孔外臺階環(huán)件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種厚壁小孔外臺階環(huán)件對稱復(fù)合軋制成形方法，其特征在于它包括如下內(nèi)容(1)制坯根據(jù)厚壁小孔外臺階環(huán)件尺寸，確定軋制成形外凹槽環(huán)件尺寸，然后基于塑性變形體積不變原理，確定環(huán)坯尺寸；(2)孔型設(shè)計(jì)根據(jù)環(huán)件軋制變形條件和設(shè)備結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)主軋輥和芯輥工作面尺寸，再根據(jù)環(huán)坯、環(huán)件和主軋輥尺寸，確定副軋輥工作面尺寸和位置；(3)成形參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)環(huán)件軋制變形條件和主軋輥尺寸依次設(shè)計(jì)主軋輥轉(zhuǎn)速和主軋輥進(jìn)給速度；(4)軋制成形；(5)切割。通過本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)石化、電力領(lǐng)域用管道連接法蘭、高壓閥體等厚壁小孔外臺階環(huán)件低耗、高效、高性能制造。
文檔編號B21H1/06GK102836937SQ20121032036
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者錢東升, 華林, 汪小凱, 張志強(qiáng), 鄧加?xùn)| 申請人:武漢理工大學(xué)