專利名稱：一種確定環件徑軸向軋制穩定成形域的方法
技術領域：
本發明屬于環件軋制成形加工領域，具體涉及一種確定環件徑軸向軋制穩定成形 域的方法，以實現軋制過程的穩定成形。
背景技術：
環件徑軸向軋制是一個多參數交互作用下的復雜動態成形系統，存在復雜的接觸 與碰撞，因而成形過程的成功建立及穩定成形，是環件徑軸向軋制工藝優化設計與過程穩 健控制的基礎和關鍵。因此，研究確定環件徑軸向軋制穩定成形域的方法，通過建立該成形 過程各工藝參數之間應滿足的函數關系、確定關鍵工藝參數的取值范圍，進而獲得該成形 過程的穩定成形域，是實現該成形過程優化設計與穩健控制、獲得優質環件產品必須解決 的首要關鍵問題。然而，目前由于環件徑軸向軋制多參數交互作用與復雜動態成形的特點， 使得該成形過程的成功建立與穩定成形，仍依賴于經驗與試湊法來實現，缺乏科學的方法 與指導依據，導致該成形過程的設計周期長、成本高、產品質量難以保證。華林等提出了純 徑向環件軋制過程穩定成形條件，包括咬入條件、鍛透條件等(華林，黃興高，朱春東.環件 軋制理論和技術[M].北京機械工業出版社，2001)，為本發明提供了重要參考，但僅適用 于純徑向環件軋制而不適用于徑軸向環件軋制。
發明內容
為解決環件徑軸向軋制過程的成功建立并實現穩定成形的問題，本發明提出了一 種確定環件徑軸向軋制穩定成形域的方法，通過建立該成形過程各工藝參數之間應滿足的 函數關系、確定關鍵工藝參數的取值范圍，獲得該成形過程的穩定成形域。為實現上述目的，本發明提出的確定環件徑軸向軋制穩定成形域的方法，包括如 下步驟步驟一，建立環件徑軸向軋制各工藝參數之間的函數關系。所述的各工藝參數包 括芯輥進給速度Vf、環坯長大速度VD、驅動輥轉速Ii1、錐輥進給速度Va、錐輥轉速na、錐輥 的后撤速度vw。所述各工藝參數之間的函數關系由式(25)確定
權利要求
一種確定環件徑軸向軋制穩定成形域的方法，其特征在于，所述的確定環件徑軸向軋制穩定成形域的方法包括以下步驟步驟一，建立環件徑軸向軋制各工藝參數之間的函數關系。所述的各工藝參數包括芯輥進給速度vf、環坯長大速度vD、驅動輥轉速n1、錐輥進給速度va、錐輥轉速na、錐輥的后撤速度vw。所述各工藝參數之間的函數關系由式(25)確定以上各式中，D0，d0，h0，b0分別為環坯的外徑、內徑、高度和壁厚；Df，df，hf，bf分別為最終環件的外徑、內徑、高度和壁厚；R0＝d0/2，為環坯的外半徑；D，d，b，h分別為環坯的瞬時外徑、瞬時內徑、瞬時壁厚和瞬時高度；vf，vD，n1，va，na，vw分別為芯輥進給速度、環坯長大速度、驅動輥轉速、錐輥進給速度、錐輥轉速和錐輥的后撤速度；R1，θ分別為驅動輥半徑、錐輥與環坯接觸位置處的錐輥半徑和錐輥的半錐角；T為完成整個軋制過程所需的總時間；為軋制過程芯輥進給速度vf的平均值；vfi為芯輥第i轉時刻芯輥進給速度；bi為第i轉時刻環坯的瞬時壁厚；s為錐頂坯心距；Δb，Δbtotal分別為每轉進給量和環件總的壁厚減小量；α為變形前后截面頂點連線與圖2中坐標系正x方向的夾角，tgα為徑軸向變形量分配比；n完成整個軋制過程所需要的轉數。步驟二，確定環件徑軸向軋制中芯輥進給速度vf的取值范圍、錐輥進給速度va的取值范圍、以及環坯長大速度vD的取值范圍芯輥進給速度vf的取值范圍由式(30)確定2ΔbminR1n1/D0≤vf≤2ΔbmaxR1n1/Df(30)錐輥進給速度va的取值范圍由式(31)確定2ΔbminR1n1tgα/D0≤va≤2ΔbmaxR1n1tgα/Df(31)環坯長大速度vD的取值范圍由式(32)確定 <mrow><msub> <mi>v</mi> <mrow><mi>D</mi><mi>min</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>Δ</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>min</mi></msub><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>n</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>D</mi><mi>f</mi> 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</mrow>以上各式中，D0，Df，D分別為環坯外徑、最終環件外徑和環坯瞬時外徑；R0，r0分別為環坯外半徑和內半徑；vf，vD，n1，va，分別為芯輥進給速度、環坯長大速度、驅動輥轉速、錐輥進給速度；Δb，Δbmin，Δbmax，Δbtotal分別為芯輥每轉進給量、環坯變形區被鍛透所需的最小每轉進給量、環坯能夠咬入孔型所允許的最大每轉進給量、以及環件總的壁厚減小量；R1，R2分別為驅動輥半徑和芯輥半徑；μ為接觸摩擦系數；tgα為徑軸向變形量分配比；vDmin，vDmax分別為環坯長大速度vD的最小值和最大值。步驟三，確定環件徑軸向軋制穩定成形域，具體過程如下第一步，獲取環件總的壁厚減小量Δbtotal和每轉時刻的一系列環坯瞬時壁厚bi；設定完成一個完整的環件徑軸向軋制過程的轉數n，獲取最終環件尺寸Df*df*hf*bf、環坯尺寸D0*d0*h0*b0，則由式(4)Δbtotal＝b0 bf(4)得到環件總的壁厚減小量Δbtotal，進而由式(21)bi＝bi 1 Δbtotal/n，(i＝1，2，3，…，n)(21)得到每轉時刻的一系列環坯瞬時壁厚bi的值；第二步，獲取芯輥進給速度vf的取值范圍、錐輥進給速度va的取值范圍及環坯長大速度vD的取值范圍；根據獲取的環件及環坯尺寸，由式(8)tgα＝(h0 hf)/(b0 bf)(8)得到tgα的值；獲取驅動輥轉速n1、驅動輥及芯輥半徑R1和R2、錐輥半錐角θ、錐頂坯心距s；選取摩擦系數μ；則由式(16) <mrow><msub> <mi>R</mi> <msub><mi>a</mi><mn>1</mn> </msub></msub><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>R</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mi>θ</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>16</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>得到錐輥在與環坯接觸位置處的錐輥半徑再根據式(27) <mrow><mi>Δ</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>min</mi></msub><mo>=</mo><mn>6.55</mn><mo>×</mo><msup> <mn>10</mn> <mrow><mo>-</mo><mn>3</mn> </mrow></msup><msup> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>r</mi> <mn>0</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mn>1</mn><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac><mn>1</mn><msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn></msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac><mn>1</mn><msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn></msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac><mn>1</mn><msub> <mi>r</mi> <mn>0</mn></msub> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>27</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>和式(28) <mrow><mi>Δ</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>max</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>arctan</mi><mi>u</mi><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub> </mrow> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub><mi>R</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>/</mo> <msub><mi>R</mi><mn>2</mn> </msub> 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全文摘要
一種確定環件徑軸向軋制穩定成形域的方法。首先，建立環件徑軸向軋制各工藝參數即芯輥進給速度vf、環坯長大速度vD、驅動輥轉速n1、錐輥進給速度va、錐輥轉速na、錐輥的后撤速度vw之間的數學函數關系；其次，確定關鍵工藝參數即芯輥進給速度vf、錐輥進給速度va、以及環坯長大速度vD的取值范圍；最后，獲得環件徑軸向軋制的穩定成形域。本發明為環件徑軸向軋制過程的優化設計與精確控制提供了重要依據，縮短了生產周期，降低了成本，為獲得合格產品質量提供了重要保證。
文檔編號B21H1/06GK101972778SQ201010277960
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月9日 優先權日2010年9月9日
發明者楊合, 郭良剛 申請人:西北工業大學