[发明专利]确定四抱辊超大型环件双向辗轧稳定成形判据的方法

说明书

一种确定四抱辊超大型环件双向辗轧稳定成形判据的方法，通过建立四抱辊超大型环件双向辗轧初级简化力学全模型、确定环坯任一横截面的弯矩，进而确定环坯上的最大应力，最终建立四抱辊超大型环件双向辗轧稳定成形判据，为超大型环件双向辗轧工艺的优化设计与超大型环轧装备的研制提供重要的理论依据，在实际生产中，通过实时监测设备参数和环坯瞬时尺寸即可获知四抱辊超大型环件双向辗轧过程是否处于稳定状态，能够及时避免环轧过程发生失稳，提高超大型环件的轧制成功率，缩短生产周期，兼具方便、准确、效率高的优点。

技术领域

本发明涉及环件轧制成形加工领域，是一种确定四抱辊超大型环件双向辗轧稳定成形判据的方法。

背景技术

高性能超大型环件广泛应用于航天、核电、风电等领域，特别是铝合金超大型环件作为航天重型运载火箭燃料贮箱的基础构件，在我国空间站建设、登月工程和火星探测工程方面具有重大战略需求。然而，超大型环件双向辗轧成形过程中，环坯的径向变形和轴向变形往往难以协调，而且环坯超大超重，惯性极大，导致成形过程容易失稳。并且，随着轧制过程的进行，环坯逐渐变大变薄，刚度逐渐弱化，这使得环轧过程特别是轧制后期极易失稳，尤其是对于铝合金等变形抗力较小的材料更是如此。因此，如何实现超大型环件双向辗轧的稳定成形，是超大型环件双向辗轧成形面临的技术瓶颈。采用四抱辊增加对环坯的约束，相对于经典两抱辊环轧更能使环坯的受力处于平衡状态，从而提高超大型环件双向辗轧过程的稳定性，因此对于超大型环件轧制，国际上均采用新型四抱辊环轧设备。然而，四抱辊超大型环件双向辗轧过程中，环坯相比于传统的两抱辊环轧受到更多轧辊的耦合作用，多轧辊的运动更加难以协调控制，成形过程的稳定性判断极为困难，因此迫切需要提出一种确定四抱辊超大型环件双向辗轧稳定成形判据的方法，用于实时判断成形过程的稳定性，为多轧辊的运动协调控制及环轧工艺的调整提供依据和方法，确保环轧过程稳定进行。Hua等(Hua L,Deng JD,Qian DS,et al.Modeling and application of ring stiffnesscondition for radial-axial ring rolling[J].International Journal of MachineTools and Manufacture,2016,110:66-79.)针对传统两抱辊环轧过程建立了一种刚度条件，据此提出了维持环轧过程不失稳的抱辊力计算方法，为传统两抱辊环件双向辗轧稳定成形提供了参考。本发明针对新型四抱辊超大型环件双向辗轧过程，提出一种确定四抱辊超大型环件双向辗轧稳定成形判据的方法，为四抱辊超大型环件双向辗轧稳定成形提供一种判定依据，从而为超大型环件双向辗轧工艺优化设计及大型环轧设备的研制提供重要参考。

发明内容

为克服现有技术中存在的四抱辊超大型环件双向辗轧过程中，环坯相比于传统的两抱辊环轧受到更多轧辊的耦合作用，多轧辊的运动更加难以协调控制，成形过程的稳定性判断极为困难的不足，本发明提出了一种确定四抱辊超大型环件双向辗轧稳定成形判据的方法。

本发明的具体步骤如下：

步骤一，建立四抱辊超大型环件双向辗轧初级简化力学全模型：

根据四抱辊超大型环件双向辗轧原理，环坯的径向变形区A_坯与环坯的轴向变形区A_1坯被简化为固定结构，同时环坯受到驱动辊侧第一抱辊力F_G1、驱动辊侧第二抱辊力P_G1、锥辊侧第三抱辊力F_G2和锥辊侧第四抱辊力P_G2的共同作用。由此得到的四抱辊超大型环件双向辗轧初级简化力学全模型。

设驱动辊侧第一抱辊对环坯的抱辊力F_G1的值＝驱动辊侧第二抱辊对环坯的抱辊力P_G1的值；锥辊侧第三抱辊对环坯的抱辊力F_G2的值＝锥辊侧第四抱辊对环坯的抱辊力P_G2的值；