[发明专利]一种连续变椭圆截面辊轧装置及制坯方法

说明书

本发明涉及一种连续变椭圆截面辊轧装置及制坯方法，包括间隔设置的若干对轧辊组，每对轧辊组均由上轧辊和下轧辊组成，上轧辊和下轧辊上均开设相对的凹槽，形成用于辊轧坯料的辊型孔；轧辊组包括从前往后依次同轴设置的导入轧辊组、成形轧辊组、扭转轧辊组和整形轧辊组，其中，导入轧辊组和整形轧辊组的辊型孔为圆形，成形轧辊组的辊型孔为椭圆形；扭转轧辊组包括若干对且辊型孔均为椭圆形，且从前至后，相邻扭转轧辊组的辊型孔上椭圆形长轴之间有旋转角度，最后一对扭转轧辊组的辊型孔和成形轧辊组的辊型孔的椭圆长轴相平行。本发明中能够实现对轴类零件坯料的连续加工，实现材料塑性变形，减少设备载荷要求，提高坯料的整体性能。

技术领域

本发明涉及金属材料的冷热加工领域，具体涉及一种连续变椭圆截面辊轧装置及制坯方法。

背景技术

长轴类零件在工业生产中具有举足轻重的地位，如汽车工业、航空航天、机械制造等行业中，承担机械装备中的重要功能，主要是用于机械中传递力和运动，支撑其他零部件。其强度要求因此较高，但在冶金、铸造、锻造等加工过程中，材料内部往往存在缩孔、疏松、夹杂、偏析、晶粒粗大等组织缺陷，而断裂裂纹首先从这些位置形核并长大，容易造成轴类零件的失效，影响零件的使用。因而采用锻造技术来提高锻坯的锻透性，锻合材料内部的疏松、微缺陷，改善偏析和晶粒粗大等组织缺陷，以提高轴类零件的使用性能和使用可靠性。

对于轴类坯料的锻造制品工艺和方法，国内外的研究较为成熟，常规的主要有镦拔工艺和挤压工艺。但单次镦拔工艺对坯料产生的变形有限，不利于改善坯料的内部组织，且在加工时容易造成坯料的外部边缘出现裂纹，影响产品质量。而常规挤压工艺，所需设备造价昂贵，吨位和制坯尺寸不能太大，坯料断面变形均匀性差，且主要依靠断面缩小来提高变形程度，针对大规格锻件，需要的原坯料尺寸过大，生产成本高，同时要求模具承载强度大，更为关键的是加工后的坯料心部和边缘变形程度不均匀。

近年来，不少关于改善材料组织性能的新方法、新技术不断产生，如利用大塑性变形(SPD)方法来细化材料晶粒，提高组织性能，常用的方法为等通道角挤压(Equal ChannelAngular Press，ECAP)。如公开号为CN201371172的专利提出一种变通道挤压模具，然而对于轴类零件加工，该方法存在一定不足，一方面由于挤压吨位大，该方法很难实现，另一方面，其加工连续性较差。此外公开号为CN201711480U的专利，公开了一种采用椭圆截面扭转来提高轴类锻件锻透性的工艺方法，但其连续加工性需要进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种连续变椭圆截面辊轧装置及制坯方法，能够实现对轴类零件坯料的连续加工，通过轧辊组合实现对坯料的变通道变形，能够细化材料晶粒，提高坯料的整体性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括间隔设置的若干对轧辊组，每对轧辊组均由上轧辊和下轧辊组成，上轧辊和下轧辊上均开设相对的凹槽，形成用于辊轧坯料的辊型孔；

轧辊组包括从前往后依次同轴设置的导入轧辊组、成形轧辊组、扭转轧辊组和整形轧辊组，其中，导入轧辊组和整形轧辊组的辊型孔为圆形，成形轧辊组的辊型孔为椭圆形；

扭转轧辊组包括若干对且辊型孔均为椭圆形，且从前至后，相邻扭转轧辊组的辊型孔上椭圆形长轴之间有旋转角度α，最后一对扭转轧辊组的辊型孔和成形轧辊组的辊型孔的椭圆长轴相平行。

进一步地，第i对扭转轧辊组的上轧辊和下轧辊的中心连线为L_i；第i对扭转轧辊组的辊型孔上椭圆的长轴与中心连线L_i之间存在夹角θ_i，i＝1,2,...,n，n＞1；α＝θ_i+1-θ_i，α在10～20°。

进一步地，成形轧辊组和扭转轧辊组的椭圆形尺寸一致，且椭圆形的长轴和短轴之比在1.17～1.6。