一種確定環(huán)件雙向輾軋過(guò)程軋制曲線的方法
【專利摘要】一種確定環(huán)件雙向輾軋過(guò)程軋制曲線的方法，通過(guò)確定成形環(huán)件尺寸Df、hf、bf以及毛坯尺寸D0、h0、b0，得到軋制曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)。再獲取相關(guān)的軋輥尺寸參數(shù)及工藝參數(shù)，確定冪指數(shù)n的合理取值范圍。最后，確定n的具體取值及軋制曲線形式，則可確定相應(yīng)的軋制曲線方程，從而繪制得到軋制曲線的圖形。該方法對(duì)于某一環(huán)件產(chǎn)品的軋制，能夠同時(shí)確定上凸形、直線形和下凹形三類軋制曲線；并且對(duì)于上凸形和下凹形軋制曲線，通過(guò)選取不同的冪指數(shù)n從而得到一系列的軋制曲線，能夠滿足不同環(huán)件輾軋過(guò)程對(duì)不同凹凸程度軋制曲線的特殊需求，為難變形材料環(huán)件形/性一體化成形制造提供了重要方法和基礎(chǔ)，并有利于實(shí)現(xiàn)環(huán)件雙向輾軋過(guò)程的自動(dòng)化。
【專利說(shuō)明】一種確定環(huán)件雙向輾軋過(guò)程軋制曲線的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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)件雙向輾軋過(guò)程軋制曲 線的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 軋制曲線描述了環(huán)件雙向輾軋過(guò)程徑向與軸向變形量的瞬時(shí)分配關(guān)系，進(jìn)而決 定了變形過(guò)程的歷史與軋輥路徑，因而對(duì)最終軋制環(huán)件的幾何精度、特別是微觀組織具有 重要的影響作用，這對(duì)于鈦合金等難變形材料環(huán)件輾軋來(lái)說(shuō)，更是如此。因此，乳制曲線的 確定是難變形材料（鈦合金、高溫合金等）環(huán)件雙向輾軋最為重要的核心技術(shù)之一。目 前軋制曲線的確定，大都依賴生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)直接給定，缺乏科學(xué)的方法，因而難以發(fā)揮環(huán)件雙 向輾軋能使材料產(chǎn)生徑向和軸向交替均勻充分變形以獲得具有優(yōu)良組織的高性能環(huán)件的 工藝優(yōu)勢(shì)。Keeton等提出一種雙曲乳制曲線（Keeton CR. "Ring rolling"，in Metals handbook: forming and forging[M]. ASM International, Metals Park, OH, 1988),但此 類軋制曲線只適用于特定尺寸的毛坯，具有一定的局限性，也未見(jiàn)具體確定該類軋制曲 線的方法被公開(kāi)報(bào)道。菅海燕等通過(guò)修正WAGNER軋制曲線研究了環(huán)件雙向輾軋工藝 (菅海燕，陳志剛，宋濤.徑軸向軋環(huán)機(jī)軋環(huán)工藝[J].鍛壓技術(shù).1995, 3:37-40)，但 軋制曲線的修正依賴于經(jīng)驗(yàn)，缺乏確定軋制曲線的科學(xué)方法；劉東等實(shí)驗(yàn)研究了 GH4169 合金環(huán)件雙向輾軋過(guò)程三種典型軋制曲線對(duì)環(huán)件溫度、直徑增長(zhǎng)速率、以及軋制力的影 響（劉東，付明杰，萬(wàn)自永.GH4169合金矩形截面環(huán)軋制曲線的實(shí)驗(yàn)研究[J].航空學(xué) 報(bào).2007, 28 (5)，1276-1280)，該研究雖然提到采用冪函數(shù)描述軋制曲線，但未見(jiàn)公開(kāi)軋制 曲線確定的具體方法和步驟。以乳制曲線和rolling curve為關(guān)鍵詞，經(jīng)檢索國(guó)內(nèi)外專利 數(shù)據(jù)庫(kù)和論文數(shù)據(jù)庫(kù)，也暫未見(jiàn)有關(guān)軋制曲線確定方法的公開(kāi)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為克服現(xiàn)有技術(shù)中軋制曲線確定仍依賴于經(jīng)驗(yàn)而缺乏科學(xué)的確定方法的不足，本 發(fā)明提出了一種確定環(huán)件雙向輾軋過(guò)程軋制曲線的方法。
[0004] 本發(fā)明提出的確定環(huán)件雙向輾軋過(guò)程軋制曲線的方法，其具體過(guò)程是：
[0005] 步驟一，建立環(huán)件雙向輾軋過(guò)程變形前的環(huán)坯截面和變形后的環(huán)件截面的幾何構(gòu) 型與坐標(biāo)系。采用D f、hf、bf分別表示已成形環(huán)件外徑、高度及壁厚；Dptvk分別表示環(huán)坯 外徑、高度及壁厚。在建立的環(huán)坯截面和環(huán)件截面的幾何構(gòu)型與坐標(biāo)系下，得到軋制曲線的 起點(diǎn)坐標(biāo)為（b Q, hQ),終點(diǎn)坐標(biāo)為（bf, hf)。
[0006] 所述環(huán)件雙向輾軋過(guò)程變形前的環(huán)坯截面為矩形，包括第一側(cè)邊I、上邊J、第二 側(cè)邊K、和下邊L;所述環(huán)件雙向輾軋過(guò)程變形后的環(huán)件截面為矩形，包括第一側(cè)邊i、上邊 j、第二側(cè)邊k和下邊1。
[0007] 所述建立的環(huán)件雙向輾軋過(guò)程變形前的環(huán)坯截面和變形后的環(huán)件截面的幾何構(gòu) 型是：環(huán)坯截面的第一側(cè)邊I與環(huán)件截面的第一側(cè)邊i重合；環(huán)坯截面的下邊L與環(huán)件截面 的下邊1重合。在環(huán)坯截面中，該環(huán)坯截面上邊J與第二側(cè)邊K的交點(diǎn)處為軋制曲線的起 點(diǎn)，該環(huán)件截面上邊j與第二側(cè)邊k的交點(diǎn)處為乳制曲線的終點(diǎn)。
[0008] 所述環(huán)件雙向輾軋過(guò)程環(huán)坯截面和環(huán)件截面的坐標(biāo)系是：以環(huán)坯截面第一側(cè)邊I 與環(huán)坯截面的下邊L的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)0,以環(huán)坯截面的下邊L為X軸，表示環(huán)坯變形過(guò)程 中的壁厚；以環(huán)坯截面第一側(cè)邊I為y軸，表示環(huán)坯變形過(guò)程中的高度。
[0009] 步驟二，建立軋制曲線的方程。從步驟一確定的軋制曲線起點(diǎn)到終點(diǎn)（bf， h f)之間，根據(jù)環(huán)件雙向輾軋的方法，有上凸形軋制曲線、直線形軋制曲線以及下凹形軋制 曲線三類。三類軋制曲線的方程如下確定：
[0010] I、對(duì)于下凹形軋制曲線，曲線方程由式⑶確定：
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種確定環(huán)件雙向輾軋過(guò)程軋制曲線的方法，其特征在于，具體過(guò)程是： 步驟一，建立環(huán)件雙向輾軋過(guò)程變形前的環(huán)坯截面和變形后的環(huán)件截面的幾何構(gòu)型與 坐標(biāo)系；采用Df、hf、bf分別表示已成形環(huán)件外徑、高度及壁厚ΛΛΛ分別表示環(huán)坯外徑、 高度及壁厚；在建立的環(huán)坯截面和環(huán)件截面的幾何構(gòu)型與坐標(biāo)系下，得到軋制曲線的起點(diǎn) 坐標(biāo)為（b Q，hQ)，終點(diǎn)坐標(biāo)為（bf，hf); 步驟二，建立軋制曲線的方程；從步驟一確定的軋制曲線起點(diǎn)Ον to到終點(diǎn)（bf，hf) 之間，根據(jù)環(huán)件雙向輾軋的方法，有上凸形軋制曲線、直線形軋制曲線以及下凹形軋制曲線 三類；三類軋制曲線的方程如下確定： I、 對(duì)于下凹形軋制曲線，曲線方程由式⑶確定：
(3) II、 對(duì)于上凸形軋制曲線，曲線方程由式（4)確定：
(4) III、 對(duì)于直線形軋制曲線，曲線方程由式（5)確定：
(5) 步驟三，確定軋制曲線方程中冪指數(shù)η的合理取值范圍；對(duì)于直線形軋制曲線，η = 1 ; 對(duì)于上凸形和下凹形軋制曲線，冪指數(shù)η的范圍由式（13)確定：
(13) 式（13)中，~為驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速?zèng)r為驅(qū)動(dòng)輥半徑；β3為軸向孔型的摩擦角，所述β3 = arc tan(y)，其中，μ為錐輥與環(huán)件端面接觸摩擦系數(shù)；SM為錐輥?lái)旤c(diǎn)到錐輥與環(huán)件內(nèi)徑 接觸點(diǎn)處的初始距離；Y為錐棍的錐角；R f為成形環(huán)件的外徑，且Rf = Df/2 ;v1?為芯棍進(jìn)給 速度； 步驟四，確定環(huán)坯的高度&、壁厚k和環(huán)件的高度hf、壁厚bf，以及軋制曲線方程的冪 指數(shù)η ; 所述確定環(huán)坯的高度&、壁厚k和環(huán)件的高度hf、壁厚bf，以及軋制曲線方程的冪指數(shù) η的過(guò)程是：獲取環(huán)件外徑Df、環(huán)件高度hf、環(huán)件壁厚bf和芯輥尺寸R m，并根據(jù)獲取的外徑 Df、環(huán)件高度hf、環(huán)件壁厚bf和芯輥尺寸R m，得到毛坯外徑％、毛坯高度&、毛坯壁厚根據(jù) 及工藝要求，獲取驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速~、驅(qū)動(dòng)輥半徑&、錐輥?lái)旤c(diǎn)到環(huán)件內(nèi)徑接觸點(diǎn)處的距離S M、 錐輥的錐角Y和軸向孔型的摩擦角根據(jù)式（13)確定冪指數(shù)η的取值范圍，并在此范 圍內(nèi)選取所需要的η值； 步驟五，繪制軋制曲線圖形；把步驟四得到的環(huán)坯的高度b、壁厚k、環(huán)件的高度hf、壁 厚匕、以及軋制曲線方程的冪指數(shù)η分別代入公式（3)、（4)、（5)中，則分別得到下凹形、上 凸形和直線形軋制曲線方程，采用Matlab即可繪制得到相應(yīng)軋制曲線方程的圖形。
2.如權(quán)利要求1所述一種確定環(huán)件雙向輾軋過(guò)程軋制曲線的方法，其特征在于，所述 環(huán)件雙向輾軋過(guò)程變形前的環(huán)坯截面為矩形，包括第一側(cè)邊I、上邊J、第二側(cè)邊K、和下邊 L;所述環(huán)件雙向輾軋過(guò)程變形后的環(huán)件截面為矩形，包括第一側(cè)邊i、上邊j、第二側(cè)邊k和 下邊1 ; 所述建立的環(huán)件雙向輾軋過(guò)程變形前的環(huán)坯截面和變形后的環(huán)件截面的幾何構(gòu)型是： 環(huán)坯截面的第一側(cè)邊I與環(huán)件截面的第一側(cè)邊i重合；環(huán)坯截面的下邊L與環(huán)件截面的下 邊1重合；在環(huán)坯截面中，該環(huán)坯截面上邊J與第二側(cè)邊K的交點(diǎn)處為軋制曲線的起點(diǎn)，該 環(huán)件截面上邊j與第二側(cè)邊k的交點(diǎn)處為軋制曲線的終點(diǎn)； 所述環(huán)件雙向輾軋過(guò)程環(huán)坯截面和環(huán)件截面的坐標(biāo)系是：以環(huán)坯截面第一側(cè)邊I與環(huán) 坯截面的下邊L的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)0,以環(huán)坯截面的下邊L為X軸，表示環(huán)坯變形過(guò)程中的 壁厚；以環(huán)坯截面第一側(cè)邊I為y軸，表示環(huán)坯變形過(guò)程中的高度。
【文檔編號(hào)】B21H1/06GK104156499SQ201410310725
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】郭良剛, 邸偉佳, 楊合 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)