[发明专利]确定外表面有凹槽的异形环件轧制精确成形判据的方法

说明书

一种确定带凹槽的异形环件轧制精确成形判据的方法，通过对带沟槽异形环件不同区域变形行为的分析，引入拉动系数δ来确定大外径段与小外径段间的拉动变形关系，并建立了拉动系数与其关键影响因素间的数学关联模型。基于拉动系数模型，确定了凹槽轮廓精确成形的判据。只需获取带凹槽异形环件尺寸即得到能使凹槽轮廓精确成形的环坯的最小壁厚值bsubgt;0min/subgt;。本发明为带凹槽的异形环件轧制坯料设计提供了重要依据，解决了目前基于试错的异形环件轧制坯料设计方法中存在的效率低、成本高、质量差的问题。

技术领域

本发明属于环件轧制成形加工领域，具体涉及一种确定带凹槽的异形环件轧制精确成形判据的方法。

背景技术

带凹槽的异形环件是一类典型的异形环件，在航空、航天、汽车、能源等高端装备制造领域得到广泛应用。异形环件辗轧具有材料利用率高、成形环件质量好等优势，已成为生产制造异形环件不可替代的先进技术。带凹槽的异形环件沿高度方向壁厚差异大，在轧制过程中，环坯在壁厚减薄、直径扩大的同时成形凹槽轮廓。对于难变形材料(钛合金、高温合金等)，材料流动性差，轧制过程中常出现环件直径达到目标尺寸时，金属材料未能完全填满主辊型槽的缺陷，导致凹槽轮廓难以精确成形。有关带凹槽的异形环件轧制的研究，Zhao等(Zhao YM,Qian DS.Effect of rolling ratio on groove-section profile ringrolling[J].Journal of Mechanical ScienceTechnology,2010, 24(8):1679-1687.)研究了轧比对轧制过程的影响，并且给出了优化的轧比取值范围； Yang等[Yang H,Li LY,Wang M,et al.Research on the expanding deformation of ring radius in coldprofiled ring rolling process[J].Science China Technological Sciences,2010,053(003):813-821.]研究了轧制过程直径长大以及凹槽轮廓成形与芯辊进给量之间的关系，指出凹槽深度的增加量不会超过环件壁厚减薄量。以上研究为带凹槽的异形环件轧制精确成形提供了参考，但未能定量确定凹槽轮廓精确成形的条件。鉴于此，本发明提出一种确定带凹槽的异形环件轧制精确成形判据的方法，指出了为使凹槽轮廓精确成形环坯壁厚应满足的条件，为带凹槽的异形环件轧制坯料与工艺方案的设计提供重要依据。

发明内容

为解决带凹槽异形环件轧制中，难以判断设计的工艺条件能否实现凹槽轮廓精确成形的问题，本发明提出了一种确定外表面有凹槽的异形环件轧制精确成形判据的方法。

本发明的具体过程是：

步骤一，对带凹槽的异形环件进行分区。

根据异形环件外表面凹槽形状自上至下依次分为第一大外径段、第一过渡段、小外径段、第二过渡段和第二大外径段。在该第一大外径段与第一过渡段衔接处做该异形环件的横截面，得到Ⅰ-Ⅰ平面；在该第一过渡与小外径段衔接处做该异形环件的横截面，得到Ⅱ-Ⅱ平面；在该小外径段与第二过渡段衔接处做该异形环件的横截面，得到Ⅲ-Ⅲ平面；在该第二过渡段与第二大外径段衔接处做该异形环件的横截面，得到Ⅳ -Ⅳ平面。

所述平面Ⅰ-Ⅰ与Ⅱ-Ⅱ之间的垂直距离为h_c/2；平面Ⅱ-Ⅱ与Ⅲ-Ⅲ之间的垂直距离为h_s；平面Ⅲ-Ⅲ与Ⅳ-Ⅳ之间的垂直距离为h_c/2。其中h_s为小外径段的垂直高度，h_c为第一过渡段垂直高度与第二过渡段垂直高度之和。

所述平面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ和Ⅳ-Ⅳ均与环件轴线垂直。其中，Ⅰ-Ⅰ平面和Ⅳ -Ⅳ平面关于环件高度方向的中心面对称分布；平面Ⅱ-Ⅱ平面和Ⅲ-Ⅲ平面关于环件高度方向的中心面对称分布。

步骤二，确定轧制过程中环件不同区域间的拉动变形关系。