專利名稱：一種確定環(huán)件徑軸向軋制穩(wěn)定成形域的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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)件徑軸向軋制穩(wěn)定成形 域的方法，以實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的穩(wěn)定成形。
背景技術(shù)：
環(huán)件徑軸向軋制是一個(gè)多參數(shù)交互作用下的復(fù)雜動(dòng)態(tài)成形系統(tǒng)，存在復(fù)雜的接觸 與碰撞，因而成形過(guò)程的成功建立及穩(wěn)定成形，是環(huán)件徑軸向軋制工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)與過(guò)程穩(wěn) 健控制的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。因此，研究確定環(huán)件徑軸向軋制穩(wěn)定成形域的方法，通過(guò)建立該成形 過(guò)程各工藝參數(shù)之間應(yīng)滿足的函數(shù)關(guān)系、確定關(guān)鍵工藝參數(shù)的取值范圍，進(jìn)而獲得該成形 過(guò)程的穩(wěn)定成形域，是實(shí)現(xiàn)該成形過(guò)程優(yōu)化設(shè)計(jì)與穩(wěn)健控制、獲得優(yōu)質(zhì)環(huán)件產(chǎn)品必須解決 的首要關(guān)鍵問(wèn)題。然而，目前由于環(huán)件徑軸向軋制多參數(shù)交互作用與復(fù)雜動(dòng)態(tài)成形的特點(diǎn)， 使得該成形過(guò)程的成功建立與穩(wěn)定成形，仍依賴于經(jīng)驗(yàn)與試湊法來(lái)實(shí)現(xiàn)，缺乏科學(xué)的方法 與指導(dǎo)依據(jù)，導(dǎo)致該成形過(guò)程的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、成本高、產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。華林等提出了純 徑向環(huán)件軋制過(guò)程穩(wěn)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(huán)件 軋制理論和技術(shù)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，2001)，為本發(fā)明提供了重要參考，但僅適用 于純徑向環(huán)件軋制而不適用于徑軸向環(huán)件軋制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決環(huán)件徑軸向軋制過(guò)程的成功建立并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定成形的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一 種確定環(huán)件徑軸向軋制穩(wěn)定成形域的方法，通過(guò)建立該成形過(guò)程各工藝參數(shù)之間應(yīng)滿足的 函數(shù)關(guān)系、確定關(guān)鍵工藝參數(shù)的取值范圍，獲得該成形過(guò)程的穩(wěn)定成形域。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的確定環(huán)件徑軸向軋制穩(wěn)定成形域的方法，包括如 下步驟步驟一，建立環(huán)件徑軸向軋制各工藝參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。所述的各工藝參數(shù)包 括芯輥進(jìn)給速度Vf、環(huán)坯長(zhǎng)大速度VD、驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速Ii1、錐輥進(jìn)給速度Va、錐輥轉(zhuǎn)速na、錐輥 的后撤速度vw。所述各工藝參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系由式(25)確定
權(quán)利要求
一種確定環(huán)件徑軸向軋制穩(wěn)定成形域的方法，其特征在于，所述的確定環(huán)件徑軸向軋制穩(wěn)定成形域的方法包括以下步驟步驟一，建立環(huán)件徑軸向軋制各工藝參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。所述的各工藝參數(shù)包括芯輥進(jìn)給速度vf、環(huán)坯長(zhǎng)大速度vD、驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速n1、錐輥進(jìn)給速度va、錐輥轉(zhuǎn)速na、錐輥的后撤速度vw。所述各工藝參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系由式(25)確定以上各式中，D0，d0，h0，b0分別為環(huán)坯的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；Df，df，hf，bf分別為最終環(huán)件的外徑、內(nèi)徑、高度和壁厚；R0＝d0/2，為環(huán)坯的外半徑；D，d，b，h分別為環(huán)坯的瞬時(shí)外徑、瞬時(shí)內(nèi)徑、瞬時(shí)壁厚和瞬時(shí)高度；vf，vD，n1，va，na，vw分別為芯輥進(jìn)給速度、環(huán)坯長(zhǎng)大速度、驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速、錐輥進(jìn)給速度、錐輥轉(zhuǎn)速和錐輥的后撤速度；R1，θ分別為驅(qū)動(dòng)輥半徑、錐輥與環(huán)坯接觸位置處的錐輥半徑和錐輥的半錐角；T為完成整個(gè)軋制過(guò)程所需的總時(shí)間；為軋制過(guò)程芯輥進(jìn)給速度vf的平均值；vfi為芯輥第i轉(zhuǎn)時(shí)刻芯輥進(jìn)給速度；bi為第i轉(zhuǎn)時(shí)刻環(huán)坯的瞬時(shí)壁厚；s為錐頂坯心距；Δb，Δbtotal分別為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量和環(huán)件總的壁厚減小量；α為變形前后截面頂點(diǎn)連線與圖2中坐標(biāo)系正x方向的夾角，tgα為徑軸向變形量分配比；n完成整個(gè)軋制過(guò)程所需要的轉(zhuǎn)數(shù)。步驟二，確定環(huán)件徑軸向軋制中芯輥進(jìn)給速度vf的取值范圍、錐輥進(jìn)給速度va的取值范圍、以及環(huán)坯長(zhǎng)大速度vD的取值范圍芯輥進(jìn)給速度vf的取值范圍由式(30)確定2ΔbminR1n1/D0≤vf≤2ΔbmaxR1n1/Df(30)錐輥進(jìn)給速度va的取值范圍由式(31)確定2ΔbminR1n1tgα/D0≤va≤2ΔbmaxR1n1tgα/Df(31)環(huán)坯長(zhǎng)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>&Delta;</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> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mi>D</mi> <mn>0</mn></msub><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>total</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>&le;</mo><msub> <mi>v</mi> <mi>D</mi></msub><mo>&le;</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>max</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> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mi>D</mi> <mi>f</mi></msub><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>total</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>=</mo><msub> <mi>v</mi> <mrow><mi>D</mi><mi>max</mi> </mrow></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>32</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>以上各式中，D0，Df，D分別為環(huán)坯外徑、最終環(huán)件外徑和環(huán)坯瞬時(shí)外徑；R0，r0分別為環(huán)坯外半徑和內(nèi)半徑；vf，vD，n1，va，分別為芯輥進(jìn)給速度、環(huán)坯長(zhǎng)大速度、驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速、錐輥進(jìn)給速度；Δb，Δbmin，Δbmax，Δbtotal分別為芯輥每轉(zhuǎn)進(jìn)給量、環(huán)坯變形區(qū)被鍛透所需的最小每轉(zhuǎn)進(jìn)給量、環(huán)坯能夠咬入孔型所允許的最大每轉(zhuǎn)進(jìn)給量、以及環(huán)件總的壁厚減小量；R1，R2分別為驅(qū)動(dòng)輥半徑和芯輥半徑；μ為接觸摩擦系數(shù)；tgα為徑軸向變形量分配比；vDmin，vDmax分別為環(huán)坯長(zhǎng)大速度vD的最小值和最大值。步驟三，確定環(huán)件徑軸向軋制穩(wěn)定成形域，具體過(guò)程如下第一步，獲取環(huán)件總的壁厚減小量Δbtotal和每轉(zhuǎn)時(shí)刻的一系列環(huán)坯瞬時(shí)壁厚bi；設(shè)定完成一個(gè)完整的環(huán)件徑軸向軋制過(guò)程的轉(zhuǎn)數(shù)n，獲取最終環(huán)件尺寸Df*df*hf*bf、環(huán)坯尺寸D0*d0*h0*b0，則由式(4)Δbtotal＝b0 bf(4)得到環(huán)件總的壁厚減小量Δbtotal，進(jìn)而由式(21)bi＝bi 1 Δbtotal/n，(i＝1，2，3，…，n)(21)得到每轉(zhuǎn)時(shí)刻的一系列環(huán)坯瞬時(shí)壁厚bi的值；第二步，獲取芯輥進(jìn)給速度vf的取值范圍、錐輥進(jìn)給速度va的取值范圍及環(huán)坯長(zhǎng)大速度vD的取值范圍；根據(jù)獲取的環(huán)件及環(huán)坯尺寸，由式(8)tgα＝(h0 hf)/(b0 bf)(8)得到tgα的值；獲取驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速n1、驅(qū)動(dòng)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(shù)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>&theta;</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>16</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>得到錐輥在與環(huán)坯接觸位置處的錐輥半徑再根據(jù)式(27) <mrow><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>min</mi></msub><mo>=</mo><mn>6.55</mn><mo>&times;</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>&Delta;</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> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn></msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn></msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>r</mi> <mn>0</mn></msub> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>28</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>由式(30)、式(31)和式(32)，分別得到芯輥進(jìn)給速度vf的取值范圍、錐輥進(jìn)給速度va的取值范圍、環(huán)坯長(zhǎng)大速度vD的取值范圍；2ΔbminR1n1/D0≤vf≤2ΔbmaxR1n1/Df (30)2ΔbminR1n1tgα/D0≤va≤2ΔbmaxR1n1tgα/Df (31) <mrow><msub> <mi>v</mi> <mrow><mi>D</mi><mi>min</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>&Delta;</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> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mi>D</mi> <mn>0</mn></msub><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>total</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>&le;</mo><msub> <mi>v</mi> <mi>D</mi></msub><mo>&le;</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>max</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> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mi>D</mi> <mi>f</mi></msub><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>b</mi> <mi>total</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>=</mo><msub> <mi>v</mi> <mrow><mi>D</mi><mi>max</mi> </mrow></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>32</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>第三步，獲取環(huán)件徑軸向軋制穩(wěn)定成形域；根據(jù)由第二步得到的環(huán)坯長(zhǎng)大速度vD的取值范圍vD[vDmin，vDmax]，在該范圍內(nèi)確定vD的值分別為vD＝vDmin、vD＝vD1、vD＝vD2、vD＝vD3、vD＝vDmax；把確定的每一個(gè)vD值及通過(guò)第一步得到的一系列環(huán)坯瞬時(shí)壁厚bi的值代入式(22) <mrow><msub> <mi>v</mi> <mi>fi</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>v</mi><mi>D</mi> </msub> <mrow><mo>{</mo><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>d</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>h</mi> <mn>0</mn></msub><msub> <mi>b</mi> <mn>0</mn></msub><mi>tg&alpha;</mi> </mrow> <mrow><mn>2</mn><msup> <mrow><mo>[</mo><msub> <mi>h</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mi>tg&alpha;</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>b</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>b</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><msub> <mi>b</mi> <mi>i</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>d</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>h</mi> <mn>0</mn></msub><msub> <mi>b</mi> <mn>0</mn></msub> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mo>[</mo><msub> <mi>h</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mi>tg&alpha;</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>b</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>b</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><msup> <msub><mi>b</mi><mi>i</mi> </msub> <mn>2</mn></msup> </mrow></mfrac><mo>}</mo><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></mfrac><mo>,</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0,1,2,3</mn> <mo>,</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>,</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>22</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>得到每一個(gè)vD值下，芯輥進(jìn)給速度vf隨環(huán)坯瞬時(shí)壁厚b的變化曲線；由獲得的tgα值及式(24)vai＝vfitgα(24)得到每一個(gè)vD值下，錐輥進(jìn)給速度va隨環(huán)坯瞬時(shí)壁厚b的變化曲線；由vD＝vDmin及vD＝vDmax對(duì)應(yīng)的曲線圍成的區(qū)域，即為環(huán)件徑軸向軋制穩(wěn)定成形域。FSA00000262442700011.tif,FSA00000262442700012.tif,FSA00000262442700013.tif,FSA00000262442700032.tif
全文摘要
一種確定環(huán)件徑軸向軋制穩(wěn)定成形域的方法。首先，建立環(huán)件徑軸向軋制各工藝參數(shù)即芯輥進(jìn)給速度vf、環(huán)坯長(zhǎng)大速度vD、驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速n1、錐輥進(jìn)給速度va、錐輥轉(zhuǎn)速na、錐輥的后撤速度vw之間的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系；其次，確定關(guān)鍵工藝參數(shù)即芯輥進(jìn)給速度vf、錐輥進(jìn)給速度va、以及環(huán)坯長(zhǎng)大速度vD的取值范圍；最后，獲得環(huán)件徑軸向軋制的穩(wěn)定成形域。本發(fā)明為環(huán)件徑軸向軋制過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)與精確控制提供了重要依據(jù)，縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本，為獲得合格產(chǎn)品質(zhì)量提供了重要保證。
文檔編號(hào)B21H1/06GK101972778SQ201010277960
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者楊合, 郭良剛 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)