一種斜槽截面環(huán)件復(fù)合進(jìn)給精密軋制成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種斜槽截面環(huán)件復(fù)合進(jìn)給精密軋制成形方法，包括以下步驟：S1、環(huán)坯設(shè)計；S2、孔型設(shè)計，結(jié)合復(fù)合軋環(huán)穩(wěn)定變形條件和軋制設(shè)備結(jié)構(gòu)要求，根據(jù)環(huán)件和環(huán)坯尺寸，確定主進(jìn)給輥、芯輥、副進(jìn)給輥和信號輥工作面形狀尺寸；S3、軋制成形，調(diào)整副進(jìn)給輥位置，通過控制芯輥和副進(jìn)給輥的進(jìn)給速度，雙輥雙向進(jìn)給和單輥單向進(jìn)給兩種進(jìn)給模式復(fù)合進(jìn)行軋制成形。本發(fā)明具有能源和材料消耗低、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
-種斜槽截面環(huán)件復(fù)合進(jìn)給精密$1制成形方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械零件塑性加工技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種斜槽截面環(huán)件復(fù)合進(jìn)給精 密社制成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 斜槽截面環(huán)件是一種特殊的環(huán)類零件，如圖1所示，其輪廓形狀為由不同尺寸的上 下臺階和中間錐面構(gòu)成的斜槽。斜槽截面環(huán)件作為結(jié)構(gòu)件廣泛用于油氣管道閥口、航空發(fā) 動機(jī)機(jī)厘及結(jié)合環(huán)中。該類零件應(yīng)用領(lǐng)域特殊，且多工作在高壓、高溫、腐蝕等惡劣環(huán)境，通 常需要通過塑性加工獲得良好的服役性能。
[0003] 目前斜槽截面環(huán)件的斜槽型輪廓形狀成形十分困難:若采用傳統(tǒng)鍛造成形方法， 需要簡化斜槽形狀成形，再切削加工出完整斜槽輪廓，不僅能耗高(通常需數(shù)千上萬噸壓力 機(jī)）、材料利用率低（不到50%)、生產(chǎn)效率低（反復(fù)加熱鍛造、切削量大時長），而且晶粒粗 大、流線不完整;若采用先進(jìn)的社環(huán)成形方法，如圖3所示，雖然技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果有所該善，但 是普通社環(huán)為單個進(jìn)給漉沿單一方向進(jìn)給，在運(yùn)種單漉單向進(jìn)給模式下，社制過程金屬周 向流動與徑向流動差異很大，導(dǎo)致直徑擴(kuò)大與輪廓成形明顯不同步，環(huán)件直徑尺寸達(dá)到時 斜槽仍不能充分充型。
[0004] 綜上，無論是傳統(tǒng)鍛造還是先進(jìn)社環(huán)成形方法，都無法實(shí)現(xiàn)斜槽截面輪廓精密成 形，不僅帶來大量優(yōu)質(zhì)材料和切削工時消耗，更重要的是槽型工作面無法獲得充分變形而 有效細(xì)化晶粒和形成仿形分布的完整流線，從而限制了零件性能提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述斜槽型截面環(huán)件制造現(xiàn)狀存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種斜槽 截面環(huán)件復(fù)合進(jìn)給精密社制成形方法，它改變普通社環(huán)單漉單向進(jìn)給模式，采用雙漉雙向 進(jìn)給和單漉單向進(jìn)給兩種進(jìn)給模式復(fù)合進(jìn)行社制成形，通過合理設(shè)計工藝參數(shù)和控制社制 過程，可W實(shí)現(xiàn)斜槽型截面輪廓通過社制精密成形，有效提高材料利用率、生產(chǎn)效率和零件 性能。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種斜槽截面環(huán)件復(fù)合進(jìn)給精密社制成形方法，包括W下步驟：
[000引 S1、環(huán)巧設(shè)計：
[0009] S101、依據(jù)塑性變形體積不變原理，考慮環(huán)巧加熱氧化燒損，取燒損系數(shù)ω為3% ~5%，確定環(huán)j：丕體積ν〇=(1+ω)ν (1)
[0010] 式中，V為斜槽型截面環(huán)件體積；
[0011] S102、根據(jù)形狀相似原則，設(shè)計環(huán)巧的外輪廓為平滑連接的上下外圓柱面和中間 外錐面，其內(nèi)輪廓與環(huán)件內(nèi)輪廓相似，即具有內(nèi)圓柱面和內(nèi)錐面；
[0012] S2、社制孔型設(shè)計:社制孔型設(shè)計成閉式孔型，復(fù)合社環(huán)過程包含雙漉雙向進(jìn)給和 單漉單向進(jìn)給兩種進(jìn)給模式，雙漉雙向進(jìn)給社環(huán)階段，社制孔型由主進(jìn)給漉、忍漉和副進(jìn)給 漉工作面組成，單漉單向進(jìn)給社環(huán)階段，社制孔型由主進(jìn)給漉和忍漉工作面組成：
[0013] S201、主進(jìn)給漉和忍漉工作面設(shè)計：主進(jìn)給漉工作面設(shè)計為帶有成形環(huán)件凹斜槽 錐形外表面的凸臺，忍漉工作面設(shè)計為由圓柱面和錐形面組成；
[0014] S202、副進(jìn)給漉工作面設(shè)計:為保證孔型對應(yīng)，副進(jìn)給漉型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計為與主進(jìn)給 漉一致；
[0015] S203、信號漉工作面設(shè)計:為保證孔型對應(yīng)，信號漉型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計為與主進(jìn)給漉一 致；
[0016] S3、社制成形:加工環(huán)巧和社制孔型，在社制設(shè)備上安裝好社制孔型，將環(huán)巧置于 主進(jìn)給漉上，調(diào)整副進(jìn)給漉和信號漉位置，按照雙漉雙向進(jìn)給和單漉單向進(jìn)給兩種進(jìn)給模 式復(fù)合進(jìn)行社制:首先采用雙漉雙向進(jìn)給模式，主進(jìn)給漉和副進(jìn)給漉均W慢速進(jìn)給，使環(huán)巧 咬入社制孔型，并在未鍛透情況下產(chǎn)生局部變形，金屬主要沿徑向流動填充社漉型腔而成 形斜槽；當(dāng)環(huán)巧表面輪廓基本充滿社漉型腔后，停止副進(jìn)給漉進(jìn)給，采用單漉單向進(jìn)給模 式，提升主進(jìn)給漉進(jìn)給速度，使環(huán)件鍛透產(chǎn)生直徑擴(kuò)大的整體變形，此時副進(jìn)給漉緊貼環(huán)巧 隨其直徑擴(kuò)大而向后移動，起普通社環(huán)導(dǎo)向漉作用，當(dāng)環(huán)巧直徑擴(kuò)大至與信號漉接觸時，停 止主進(jìn)給漉進(jìn)給，社制過程結(jié)束。
[0017] 按上述技術(shù)方案，斜槽型截面環(huán)件的外輪廓為兩個不同外徑的上下臺階和中間外 錐面，其內(nèi)輪廓為內(nèi)圓柱面和內(nèi)錐面，斜槽型截面環(huán)件體積V為：
[001 引
[0019] 式中：Ri-環(huán)件小端臺階外半徑，R2-環(huán)件大端臺階外半徑瓜=化-出+出)+ (8- B廣B2)tanSi，；ri-環(huán)件內(nèi)圓柱面半徑，η-環(huán)件內(nèi)錐面大端半徑，r2 = ri+(B-B3)tanS，S-環(huán) 件內(nèi)錐面錐角，δι-環(huán)件中間外錐面錐角，出一環(huán)件小端臺階凹槽深，也一環(huán)件大端臺階凹 槽深，Bi-環(huán)件小端臺階高度，Β2-環(huán)件大端臺階高度，Β3-環(huán)件內(nèi)圓柱面高度，Β-環(huán)件總 高度；
[0020] 步驟S102中，環(huán)巧內(nèi)錐面錐角δ〇 = δ，環(huán)巧內(nèi)圓柱面半徑％ 其中Κ為社 (3)， 審ij比，取1.2~3,環(huán);t丕內(nèi)錐面大端半徑r2〇 = rio+(B-B2HanS (4)；
[0021] 由于采用閉式孔型社制，取環(huán)巧總高度B〇 = B，環(huán)巧小端外圓柱面高度Bi〇 = Bi，環(huán) 巧大端外圓柱面高度B20 = B2,環(huán)巧內(nèi)圓柱面高度B30 = B3;
[0022] 環(huán)巧體積Vo為
[0023]
[0024] 為保證凹槽處臺階充型完整，需要保證環(huán)巧上下外圓柱端的體積比例與環(huán)件上下 臺階端體積比例相等，即
[0025] 式中

[0029] 由公式（1)至公式（6)可W得出環(huán)巧小端外圓柱面外半徑Rio、環(huán)巧內(nèi)圓柱面半徑 rio、環(huán)巧大端外圓柱面外半徑化0 W及環(huán)巧內(nèi)錐面大端半徑no。
[0030] 按上述技術(shù)方案，步驟S201中，主進(jìn)給漉凸臺面錐角Sd = Si，主進(jìn)給漉大端凸臺深 Hdi = Hi+(l~2)mm，主進(jìn)給漉小端凸臺深Hd2 = H2+(l~2)mm，主進(jìn)給漉高度 瑪二及+ (10…^0 :?，主進(jìn)給漉大端型腔高度Bdxi = Bi+(l~6)mm，主進(jìn)給漉小端型腔高度 Bdx2 = B2+(l~6)mm;
[00川忍漉錐形面錐角δη=δ，忍漉工作面高度Bm=B+(20~80)mm，忍漉圓柱面高度Bmi = B3+(10~40)mm;
[0032] 主進(jìn)給漉和忍漉工作面半徑需要滿足如下4個條件：
[0033] 為使環(huán)巧產(chǎn)生連續(xù)的社制變形，主進(jìn)給漉和忍漉的小端工作半徑應(yīng)滿足穩(wěn)定社制 條件①：
[0036] 其中，Rd2為主進(jìn)給漉凸臺小端工作半徑，Rdi為主進(jìn)給漉凸臺大端工作半徑，Rmi為 忍漉小端工作半徑，Rm2為忍漉大端工作面半徑，摩擦角i3 = arc tany，μ為摩擦系數(shù)；
[0037] 為了保證忍漉的強(qiáng)度W及與環(huán)巧內(nèi)徑的的幾何關(guān)系，忍漉工作面半徑應(yīng)滿足條件 ②：
[003引 Rmi<;ri0-(3 ~5)mm;
[0039] 根據(jù)設(shè)備要求，主進(jìn)給漉和忍漉的閉合中屯、距應(yīng)在設(shè)備極限閉合中屯、距范圍內(nèi)， 即滿足條件③：
[0040] Rdl+Rl〇-riO+Rml<Smax [0041 ] Rdl+Rl-ri+Rml〉Smin
[0042] 其中，Smax為設(shè)備最大閉合中屯、距，Smin為設(shè)備最小閉合中屯、距；
[0043] 根據(jù)主進(jìn)給漉和忍漉的幾何特征，各自的工作半徑應(yīng)滿足條件④：
[0044] Rd2 = Rd 廣（B-2Bi)tan5
[0045] Rmi = Rm2-(B-ft〇tan5
[0046] 根據(jù)條件①②③④確定主進(jìn)給漉和忍漉工作半徑Rdl、Rd2、Rml和Rm2 ;
[0047] 通常在主進(jìn)給漉上設(shè)計兩端側(cè)壁形成閉式孔型，側(cè)壁徑向?qū)挾炔荒艽笥诃h(huán)件端面 壁厚，即主進(jìn)給漉大端側(cè)壁寬度Uu<^-ri，一般取Uu = (0.5~0.8) (Ri〇-rio+化-ri);
[004引主進(jìn)給漉小端側(cè)壁寬度Ldi = Ldu，Bdu = Bdi = (0.1~0.3 )B，Bdu為主進(jìn)給漉大端側(cè)壁 高度，Bdi為小端側(cè)壁高度。
[0049] 按上述技術(shù)方案，步驟S202中，副進(jìn)給漉凸臺面錐角δ〇 = δι，副進(jìn)給漉大端凸臺深 出1 =化+(1~2)111111，副進(jìn)給漉小端凸臺深出2 =出+(1~2)1]1111，副進(jìn)給漉高度恥=13+(1~4)111111， 副進(jìn)給大端漉型腔高度1^1 = 131日+(1~6)111111，畐[]進(jìn)給小端漉型腔高度13。、2 = 132日+(1~6)1]1111，畐山 進(jìn)給漉大端工作面半徑Rci = (0.3~0.7 )Rdi，副進(jìn)給漉兩端側(cè)壁寬度Lcu = Lci = (1.5~3) Ldu，副進(jìn)給漉兩端側(cè)壁高度Beu = Bel = (0.1~0.3) B。
[0050] 按上述技術(shù)方案，步驟S203中，信號漉凸臺面錐角δχ = δι，信號漉大端凸臺深出1 = 化+(1~2)mm，信號漉小端凸臺深出2 =出+(1~2)mm，信號漉高度Βχ = Β+(1~4)mm，信號漉大 端型腔高度Bxxi = Bi+(l~6)mm，信號漉小端型腔高度Bxx2 = B2+(1~6)mm，信號漉大端工作面 半徑Rxi=(0.3~0.7)Rdi，信號漉兩端側(cè)壁寬度Lxu = Lxi=(1.5~3)Ldu，信號漉兩端側(cè)壁高 度 Bxu = Bxi=(0.1 ~0.3)B;
[0051] 考慮到邸式社制過程中忍漉進(jìn)給，保證雙漉雙進(jìn)給社制階段副進(jìn)給漉的進(jìn)給作用 明顯，將副進(jìn)給漉置于主進(jìn)給漉對側(cè)，使副進(jìn)給漉與環(huán)件中屯、連線的夾角e設(shè)計為40°~ 60。。
[0052] 按上述技術(shù)方案，兩種進(jìn)給模式下主、副進(jìn)給漉進(jìn)給速度按如下控制：
[0053] 雙漉雙向進(jìn)給模式：
[0化4] 主進(jìn)給漉進(jìn)給速度
[0055] 副進(jìn)給漉進(jìn)給速度V2=(0.5~l)vi
[0056] 單漉單向進(jìn)給模式:主進(jìn)給漉進(jìn)給速度V3 =( 2~4) VI。
[0057] 本發(fā)明具有W下有益效果:采用本發(fā)明社制的斜槽型截面環(huán)件，在雙漉雙向進(jìn)給 階段，通過兩漉雙向低速進(jìn)給，在環(huán)件未鍛透情況下限制金屬周向流動擴(kuò)徑而迫使其徑向 流動充型，較早成形斜槽;隨后通過單漉單向快速進(jìn)給，使環(huán)件整體鍛透進(jìn)入W擴(kuò)徑為主的 整體變形。本發(fā)明通過兩種進(jìn)給模式復(fù)合，可W有效調(diào)控社制過程金屬周向流動擴(kuò)徑和徑 向流動充型行為，最終實(shí)現(xiàn)直徑尺寸與輪廓形狀同步獲得，從而解決了斜槽無法精密成形 的問題，不僅提高了材料利用率和生產(chǎn)效率，而且斜槽型工作面通過塑性變形充分成形，能 夠有效細(xì)化晶粒并獲得完整流線，從而提高了零件機(jī)械性能。
【附圖說明】
[005引下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0059] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中斜槽型截面環(huán)件的截面示意圖。
[0060] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中斜槽型截面環(huán)件環(huán)巧的截面示意圖。
[0061] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中普通社環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0062] 圖4a是本發(fā)明實(shí)施例中主進(jìn)給漉工作面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0063] 圖4b是本發(fā)明實(shí)施例中忍漉工作面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0064] 圖4c是本發(fā)明實(shí)施例中副進(jìn)給漉工作面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0065] 圖4d是本發(fā)明實(shí)施例中信號漉工作面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0066] 圖5a是復(fù)合社環(huán)成形的雙進(jìn)給社制開始階段的主視圖。
[0067] 圖化是復(fù)合社環(huán)成形的雙進(jìn)給社制開始階段的側(cè)視圖。
[0068] 圖6a是復(fù)合社環(huán)成形的雙進(jìn)給社制結(jié)束階段的主視圖。
[0069] 圖化是復(fù)合社環(huán)成形的雙進(jìn)給社制結(jié)束階段的側(cè)視圖。
[0070] 圖7a是復(fù)合社環(huán)成形的單進(jìn)給社環(huán)階段的主視圖。
[0071] 圖7b是復(fù)合社環(huán)成形的單進(jìn)給社環(huán)階段的側(cè)視圖。
[0072] 圖8a是復(fù)合社環(huán)成形的社環(huán)整形階段的主視圖。
[0073] 圖8b是復(fù)合社環(huán)成形的社環(huán)整形階段的側(cè)視圖。
[0074] 圖中：1-主進(jìn)給漉，2-忍漉，3-信號漉，4-副進(jìn)給漉，5-環(huán)巧。
【具體實(shí)施方式】
[0075] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0076] 在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，如圖1-圖2、圖4a-圖8b所示，一種斜槽截面環(huán)件復(fù)合進(jìn) 給精密社制成形方法，包括W下步驟：
[0077] S1、環(huán)巧設(shè)計：
[0078] S101、依據(jù)塑性變形體積不變原理，考慮環(huán)巧加熱氧化燒損，取燒損系數(shù)ω為3% ~5%，確定環(huán)j：丕體積ν〇=(1+ω)ν (1)
[0079] 式中，V為斜槽型截面環(huán)件體積；
[0080] S102、根據(jù)形狀相似原則，環(huán)巧為異型截面，設(shè)計環(huán)巧的外輪廓為平滑連接的上下 外圓柱面和中間外錐面，其內(nèi)輪廓與環(huán)件內(nèi)輪廓相似，即具有內(nèi)圓柱面和內(nèi)錐面；
[0081] S2、社制孔型設(shè)計:社制孔型設(shè)計成閉式孔型，復(fù)合社環(huán)過程包含雙漉雙向進(jìn)給和 單漉單向進(jìn)給兩種進(jìn)給模式，雙漉雙向進(jìn)給社環(huán)階段，社制孔型由主進(jìn)給漉1、忍漉2和副進(jìn) 給漉4工作面組成，單漉單向進(jìn)給社環(huán)階段，社制孔型由主進(jìn)給漉1和忍漉2工作面組成：
[0082] S201、主進(jìn)給漉和忍漉工作面設(shè)計：主進(jìn)給漉工作面設(shè)計為帶有成形環(huán)件凹斜槽 錐形外表面的凸臺，忍漉工作面設(shè)計為由圓柱面和錐形面組成；
[0083] S202、副進(jìn)給漉工作面設(shè)計:為保證孔型對應(yīng)，副進(jìn)給漉型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計為與主進(jìn)給 漉一致；
[0084] S203、信號漉工作面設(shè)計:為保證孔型對應(yīng)，信號漉型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計為與主進(jìn)給漉一 致；
[0085] S3、社制成形:加工環(huán)巧和社制孔型，在社制設(shè)備上安裝好社制孔型，將環(huán)巧5置于 主進(jìn)給漉1上，調(diào)整副進(jìn)給漉4和信號漉3位置，按照雙漉雙向進(jìn)給和單漉單向進(jìn)給兩種進(jìn)給 模式復(fù)合進(jìn)行社制:首先采用雙漉雙向進(jìn)給模式，主進(jìn)給漉和副進(jìn)給漉均W慢速進(jìn)給，使環(huán) 巧咬入社制孔型，并在未鍛透情況下產(chǎn)生局部變形，金屬主要沿徑向流動填充社漉型腔而 成形斜槽;當(dāng)環(huán)巧表面輪廓基本充滿社漉型腔后，停止副進(jìn)給漉進(jìn)給，采用單漉單向進(jìn)給模 式，提升主進(jìn)給漉進(jìn)給速度，使環(huán)件鍛透產(chǎn)生直徑擴(kuò)大的整體變形，此時副進(jìn)給漉緊貼環(huán)巧 隨其直徑擴(kuò)大而向后移動，起普通社環(huán)導(dǎo)向漉作用，當(dāng)環(huán)巧直徑擴(kuò)大至與信號漉接觸時，停 止主進(jìn)給漉進(jìn)給，社制過程結(jié)束。
[0086] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，如圖2所示，斜槽型截面環(huán)件的外輪廓為兩個不同外徑 的上下臺階和中間外錐面，其內(nèi)輪廓為內(nèi)圓柱面和內(nèi)錐面，斜槽型截面環(huán)件體積V為：
[0087]
[008引式中：Ri-環(huán)件小端臺階外半徑，R2-環(huán)件大端臺階外半徑，R2 = (R廣出+出)+ (8- B廣B2)tanSi，；ri-環(huán)件內(nèi)圓柱面半徑，η-環(huán)件內(nèi)錐面大端半徑，r2 = ri+(B-B3)tanS，S-環(huán) 件內(nèi)錐面錐角，δι-環(huán)件中間外錐面錐角，出一環(huán)件小端臺階凹槽深，也一環(huán)件大端臺階凹 槽深，Bi-環(huán)件小端臺階高度，Β2-環(huán)件大端臺階高度，Β3-環(huán)件內(nèi)圓柱面高度，Β-環(huán)件總 高度；
[0089] 步驟S102中，環(huán)巧內(nèi)錐面錐角δ〇 = δ，環(huán)巧內(nèi)圓柱面半名
?中Κ為社 審ij比，取1.2~3,環(huán);t丕內(nèi)錐面大端半徑r2〇 = rio+(B-B2HanS (4)；
[0090] 由于采用閉式孔型社制，取環(huán)巧總高度B〇 = B，環(huán)巧小端外圓柱面高度Bi0 = Bi，環(huán) 巧大端外圓柱面高度B20 = B2,環(huán)巧內(nèi)圓柱面高度B30 = B3;
[0091] 環(huán)巧體積Vo為
[0092]
[0093] 為保證凹槽處臺階充型完整，需要保證環(huán)巧上下外圓柱端的體積比例與環(huán)件上下 臺階端體積比例相等，即
-
?.
[0098] 由公式（1)至公式（6)可W得出環(huán)巧小端外圓柱面外半徑Rio、環(huán)巧內(nèi)圓柱面半徑 rio、環(huán)巧大端外圓柱面外半徑化0 W及環(huán)巧內(nèi)錐面大端半徑no。
[0099] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，步驟S201中，如圖4a所示，主進(jìn)給漉凸臺面錐角Sd = Si， 主進(jìn)給漉大端凸臺深Hdi =化+ (1~2 )mm，主進(jìn)給漉小端凸臺深出2 =此+(1~2 )mm，主進(jìn)給漉 高度Bd = B+(10~40)mm，主進(jìn)給漉大端型腔高度Bdxi = Bi+(l~6)mm，主進(jìn)給漉小端型腔高度 Bdx2 = B2+(l~6)mm;
[0100] 如圖4b所示，忍漉錐形面錐角δη=δ，忍漉工作面高度Bm=化(20~80)mm，忍漉圓柱 面高度 Bmi = B3+( 10~40)mm;
[0101 ]主進(jìn)給漉和忍漉工作面半徑需要滿足如下4個條件：
[0102]為使環(huán)巧產(chǎn)生連續(xù)的社制變形，主進(jìn)給漉和忍漉的小端工作半徑應(yīng)滿足穩(wěn)定社制 條件①：
[0105] 其中，Rd2為主進(jìn)給漉凸臺小端工作半徑，Rdl為主進(jìn)給漉凸臺大端工作半徑，Rml為 忍漉小端工作半徑，Rm2為忍漉大端工作面半徑，摩擦角i3 = arctarui，y為摩擦系數(shù)；
[0106] 為了保證忍漉的強(qiáng)度W及與環(huán)巧內(nèi)徑的的幾何關(guān)系，忍漉工作面半徑應(yīng)滿足條件 ②：
[0107] Rmi<ri〇-(3 ~5)mm;
[0108] 根據(jù)設(shè)備要求，主進(jìn)給漉和忍漉的閉合中屯、距應(yīng)在設(shè)備極限閉合中屯、距范圍內(nèi)， 即滿足條件③：
[0109] Rdl+I?l〇-；riO+Rml<Smax
[0110] Rdl+Rl-ri+Rml > Smin
[01 1。 其中，Smax為設(shè)備最大閉合中屯、距，Smin為設(shè)備最小閉合中屯、距；
[0112] 根據(jù)主進(jìn)給漉和忍漉的幾何特征，各自的工作半徑應(yīng)滿足條件④：
[0113] Rd2 = Rd 廣（B-2Bi)tan5
[0114] Rmi = Rm2-(B-ft〇tan5
[01 1引根據(jù)條件①②③④確定主進(jìn)給漉和忍漉工作半徑Rdl、Rd2、Rml和Rm2 ;
[0116] 通常在主進(jìn)給漉上設(shè)計兩端側(cè)壁形成閉式孔型，側(cè)壁徑向?qū)挾炔荒艽笥诃h(huán)件端面 壁厚，即主進(jìn)給漉大端側(cè)壁寬度Ldu<^-ri，一般取Ldu = (0.5~0.8) (Ri〇-rio+化-ri);
[0117] 主進(jìn)給漉小端側(cè)壁寬度1^<11 = 1^，8<1。= 8<11=(0.1~0.3化，8<1。為主進(jìn)給漉大端側(cè)壁 高度，Bdi為小端側(cè)壁高度。
[011引在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，如圖4c所示，步驟S202中，畐贓給漉凸臺面錐角Sc = Si， 副進(jìn)給漉大端凸臺深Hci =化+ (1~2) mm，副進(jìn)給漉小端凸臺深出2 =此+(1~2) mm，副進(jìn)給漉 高度Bc = B+(l~4)mm，副進(jìn)給大端漉型腔高度8。、1 = 81日+(1~6)111111，副進(jìn)給小端漉型腔高度 6。。= 82日+(1~6)111111，畐[]進(jìn)給漉大端工作面半徑1?。1=(0.3~0.7斯1，副進(jìn)給漉兩端側(cè)壁寬度 Lcu = Lci= (1.5~3)Ldu，副進(jìn)給漉兩端側(cè)壁高度Bcu = Bci= (0.1~0.3)B。
[0119] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，如圖4d所示，步驟S203中，信號漉凸臺面錐角δχ=δι，信 號漉大端凸臺涂Hxi = Ηι+( 1~2 )mm, f曰號漉小?而凸臺涂Ηχ2二此+(1~2 )mm, f曰號漉局度Βχ = Β + (1~4)mm，信號漉大端型腔高度Βχχ? = Βι+(1~6)mm，信號漉小端型腔高度Βχχ2 = Β2+(1~6) mm，信號漉大端工作面半徑Rxi=(0.3~0.7)Rdi，信號漉兩端側(cè)壁寬度Lxu = Lxi = (1.5~3) Ldu，信號漉兩端側(cè)壁高度Bxu = Bxi = (0.1~0.3)B;
[0120] 考慮到邸式社制過程中忍漉進(jìn)給，保證雙漉雙進(jìn)給社制階段副進(jìn)給漉的進(jìn)給作用 明顯，將副進(jìn)給漉置于主進(jìn)給漉對側(cè)，使副進(jìn)給漉與環(huán)件中屯、連線的夾角e設(shè)計為40°~ 60。。
[0121] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，如圖5a-8b所示，兩種進(jìn)給模式下主、副進(jìn)給漉進(jìn)給速 度按如下控制：
[0122] 雙漉雙向進(jìn)給模式：
[0123] 主進(jìn)給漉進(jìn)給速虔
[0124] 副進(jìn)給漉進(jìn)給速度V2=(0.5~l)vi
[0125] 單漉單向進(jìn)給模式:主進(jìn)給漉進(jìn)給速度V3 =( 2~4) VI。
[0126] 本發(fā)明在具體應(yīng)用時，W圖1某臺階錐形環(huán)件為例，其環(huán)件小端臺階外半徑Ri = 330mm、環(huán)件內(nèi)圓柱面半徑;ri = 225mm、環(huán)件大端臺階外半徑R2 = 346mm、環(huán)件內(nèi)錐面大端半徑 Γ2 = 275.5mm、環(huán)件總高度B = 325mm、環(huán)件小端臺階高度Bi = 55mm、環(huán)件大端臺階高度B2 = 60mm、環(huán)件內(nèi)圓柱面高度B3 = 1 13mm、環(huán)件中間外錐面錐角δι = 15°、環(huán)件內(nèi)錐面錐角δ = 13.4°、環(huán)件小端臺階凹槽深化=40mm、環(huán)件大端臺階凹槽深出=45mm。
[0127] 其復(fù)合社成形方法包括W下內(nèi)容：
[012引 S1、制巧
[0129] 根據(jù)環(huán)巧尺寸設(shè)計方法，取社制比Κ= 1.8，燒損系數(shù)ω = 3%，確定環(huán)巧小端外圓 柱面外半徑Rio = 256mm、環(huán)巧內(nèi)圓柱面半徑;ri〇= 125mm，環(huán)巧大端外圓柱面外半徑R20 = 266mm，環(huán)巧內(nèi)錐面大端半徑Γ2〇= 176mm，環(huán)巧總高度Bo = 325mm，環(huán)巧小端外圓柱面高度Bio = 55mm，環(huán)巧大端外圓柱面高度B2〇 = 60mm，環(huán)巧內(nèi)圓柱面高度B30= 113mm;
[0130] 由于采取閉式孔型，環(huán)巧與環(huán)件各處對應(yīng)的高度保持不變，按環(huán)巧尺寸，將棒料段 (材料為TC4鐵合金)從室溫均勻加熱到始端溫度(950~980°C)，然后將熱態(tài)的棒料段進(jìn)行 壓力機(jī)鍛造成社制用環(huán)巧；
[0131] S2、社制孔型設(shè)計
[0132] 主進(jìn)給漉工作面設(shè)計:設(shè)計主進(jìn)給漉結(jié)構(gòu)如圖4a所示，主進(jìn)給漉大端凸臺深出1 = 42mm，主進(jìn)給漉小端凸臺深Hd2 = 47mm，凸臺大端工作半徑Rdi = 526mm，凸臺面錐角Sd= 15°， 主進(jìn)給漉大端型腔高度Bdxi = 56mm，主進(jìn)給漉小端型腔高度Bdx2 = 61mm，主進(jìn)給漉上下側(cè)壁 寬度Ldu = Ldi = 65mm，主進(jìn)給漉上下側(cè)壁高低Bdu = Bdi = 30mm;
[0133] 忍漉工作面設(shè)計:設(shè)計忍漉結(jié)構(gòu)如圖4b所示，忍漉總高度Bm = 380mm，圓柱面半Rmi =100mm，圓柱面高度Bmi = 144mm，錐角Sm= 13.4° ;
[0134] 副進(jìn)給漉工作面設(shè)計:設(shè)計副進(jìn)給漉結(jié)構(gòu)如圖4c所示，副進(jìn)給漉大端凸臺深Hci = 42mm，爵贓給漉小端凸臺深Hc2 = 47mm，凸臺大端工作半徑Rci = 176mm,錐角Sd = 15°，主進(jìn)給 漉型大端腔高度BGxi = 56mm，主進(jìn)給漉型小端腔高度BGx2 = 61mm，主進(jìn)給漉上下側(cè)壁寬度Leu =Lci = 80mm，主進(jìn)給漉上下側(cè)壁高低Bgu = Bgi = 30mm;
[0135] 信號漉工作面設(shè)計:設(shè)計信號漉結(jié)構(gòu)如圖4d所示，信號漉大端凸臺深Hxi = 42mm，小 端凸臺深Hx2 = 47mm，凸臺大端工作半徑Rxi = 176mm,錐角δχ=13.4°，信號漉大端型腔高度 Bxxi = 56mm，信號漉小端腔高度Βχχ2 = 61mm，信號漉上下側(cè)壁寬度Lxu = Lxi = 80mm，信號漉上 下側(cè)壁高低Bxu = Bxi = 30mm;
[0136] S3、社制成形：如圖5a-8b所示，將加工的社制孔型安裝于社制設(shè)備內(nèi)，將加工的環(huán) 巧放置于忍漉上，調(diào)整副進(jìn)給漉位置，使其與環(huán)件中屯、連線的夾角角度e為40%環(huán)巧進(jìn)入主 進(jìn)給漉、副進(jìn)給漉W及忍漉構(gòu)成的社制孔型，控制忍漉按Imm/s勻速進(jìn)給，副進(jìn)給漉沿著Θ為 40°的角度按0.6mm/s勻速進(jìn)給，當(dāng)環(huán)巧表面輪廓充滿社漉型腔后，解除副進(jìn)給漉的約束，使 環(huán)巧進(jìn)入主進(jìn)給漉和忍漉構(gòu)成的社制孔型，控制忍漉按2mm/s勻速進(jìn)給進(jìn)行社環(huán)；當(dāng)環(huán)巧外 快達(dá)到預(yù)定尺寸時，控制主進(jìn)給漉按〇.3mm/s勻速進(jìn)給進(jìn)行整形社制，最后停止進(jìn)給，控制 忍漉退回初始位置，取出成形環(huán)件。
[0137] 經(jīng)統(tǒng)計，相比該零件傳統(tǒng)成形工藝，本發(fā)明采用雙進(jìn)給復(fù)合社環(huán)成形工藝，可節(jié)約 材料約20%，提高生產(chǎn)效率約5倍，降低生產(chǎn)成本約25 %。
[0138] 其它材料和尺寸規(guī)格的斜槽型截面環(huán)件復(fù)合社環(huán)成形方法與上述實(shí)例相同，效果 也相同，在此不再逐一列舉實(shí)施例。
[0139] 應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可W根據(jù)上述說明加 W改進(jìn)或變換， 而所有運(yùn)些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種斜槽截面環(huán)件復(fù)合進(jìn)給精密社制成形方法，其特征在于，包括W下步驟： 51、 環(huán)巧設(shè)計： 5101、 依據(jù)塑性變形體積不變原理，考慮環(huán)巧加熱氧化燒損，取燒損系數(shù)ω為3%~ 5%，確定環(huán)巧體積￥〇=(1+〇)￥ (1) 式中，V為斜槽型截面環(huán)件體積； 5102、 根據(jù)形狀相似原則，設(shè)計環(huán)巧的外輪廓為平滑連接的上下外圓柱面和中間外錐 面，其內(nèi)輪廓與環(huán)件內(nèi)輪廓相似，即具有內(nèi)圓柱面和內(nèi)錐面； 52、 社制孔型設(shè)計:社制孔型設(shè)計成閉式孔型，復(fù)合社環(huán)過程包含雙漉雙向進(jìn)給和單漉 單向進(jìn)給兩種進(jìn)給模式，雙漉雙向進(jìn)給社環(huán)階段，社制孔型由主進(jìn)給漉、忍漉和副進(jìn)給漉工 作面組成，單漉單向進(jìn)給社環(huán)階段，社制孔型由主進(jìn)給漉和忍漉工作面組成： 5201、 主進(jìn)給漉和忍漉工作面設(shè)計：主進(jìn)給漉工作面設(shè)計為帶有成形環(huán)件凹斜槽錐形 外表面的凸臺，忍漉工作面設(shè)計為由圓柱面和錐形面組成； 5202、 副進(jìn)給漉工作面設(shè)計:為保證孔型對應(yīng)，副進(jìn)給漉型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計為與主進(jìn)給漉一 致； 5203、 信號漉工作面設(shè)計:為保證孔型對應(yīng)，信號漉型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計為與主進(jìn)給漉一致； 53、 社制成形：加工環(huán)巧和社制孔型，在社制設(shè)備上安裝好社制孔型，將環(huán)巧置于主進(jìn) 給漉上，調(diào)整副進(jìn)給漉和信號漉位置，按照雙漉雙向進(jìn)給和單漉單向進(jìn)給兩種進(jìn)給模式復(fù) 合進(jìn)行社制:首先采用雙漉雙向進(jìn)給模式，主進(jìn)給漉和副進(jìn)給漉均W慢速進(jìn)給，使環(huán)巧咬入 社制孔型，并在未鍛透情況下產(chǎn)生局部變形，金屬主要沿徑向流動填充社漉型腔而成形斜 槽；當(dāng)環(huán)巧表面輪廓基本充滿社漉型腔后，停止副進(jìn)給漉進(jìn)給，采用單漉單向進(jìn)給模式，提 升主進(jìn)給漉進(jìn)給速度，使環(huán)件鍛透產(chǎn)生直徑擴(kuò)大的整體變形，此時副進(jìn)給漉緊貼環(huán)巧隨其 直徑擴(kuò)大而向后移動，起普通社環(huán)導(dǎo)向漉作用，當(dāng)環(huán)巧直徑擴(kuò)大至與信號漉接觸時，停止主 進(jìn)給漉進(jìn)給，社制過程結(jié)束。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S101中，斜槽型截面環(huán)件的外輪廓為 兩個不同外徑的上下臺階和中間外錐面，其內(nèi)輪廓為內(nèi)圓柱面和內(nèi)錐面，斜槽型截面環(huán)件 體積V為：式中瓜一環(huán)件小端臺階外半徑，R2-環(huán)件大端臺階外半徑，R2=化-出+也) + (Β-Βι-Β2) 化ηδι，ri-環(huán)件內(nèi)圓柱面半徑，η-環(huán)件內(nèi)錐面大端半徑，η = ri+(B-B3) tanS，δ-環(huán)件內(nèi)錐 面錐角，δι-環(huán)件中間外錐面錐角，出一環(huán)件小端臺階凹槽深，出一環(huán)件大端臺階凹槽深， Bi-環(huán)件小端臺階高度，Β2-環(huán)件大端臺階高度，Β3-環(huán)件內(nèi)圓柱面高度，Β-環(huán)件總高度； 步驟S102中，環(huán)巧內(nèi)錐面錐角δ〇 = δ，環(huán)巧內(nèi)圓柱面半徑^ = ^ α)其中K為社制比， 取1.2~3,環(huán);t丕內(nèi)錐面大端半徑r2〇 = ：Tio+(B-B2)tan5 (4)； 由于采用閉式孔型社制，取環(huán)巧總高度B〇 = B，環(huán)巧小端外圓柱面高度Bi〇 = Bi，環(huán)巧大端 外圓柱面高度B20 = B2,環(huán)巧內(nèi)圓柱面高度B30 = B3; 環(huán)巧體積Vo為為保證凹槽處臺階充型完整，需要保證環(huán)巧上下外圓柱端的體積比例與環(huán)件上下臺階 端體積比例相等，即 *^10 戶'2 地)，由公式（1)至公式(6)可W得出環(huán)巧小端外圓柱面外半徑Rio、環(huán)巧內(nèi)圓柱面半徑rio、環(huán) 巧大端外圓柱面外半徑R20W及環(huán)巧內(nèi)錐面大端半徑no。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟S201中，主進(jìn)給漉凸臺面錐角Sd = Si， 主進(jìn)給漉大端凸臺深Hdi =化+ (1~2 )mm，主進(jìn)給漉小端凸臺深出2 =此+(1~2 )mm，主進(jìn)給漉 高度Bd = B+(10~40)mm，主進(jìn)給漉大端型腔高度Bdxi = Bi+(l~6)mm，主進(jìn)給漉小端型腔高度 Bdx2 = B2+(l~6)mm; 忍漉錐形面錐角δη=δ，忍漉工作面高度Bm = B+(20~80)mm，忍漉圓柱面高度Bmi = B3+ (10~40)mm; 主進(jìn)給漉和忍漉工作面半徑需要滿足如下4個條件： 為使環(huán)巧產(chǎn)生連續(xù)的社制變形，主進(jìn)給漉和忍漉的小端工作半徑應(yīng)滿足穩(wěn)定社制條件 ①：其中，Rd2為主進(jìn)給漉凸臺小端工作半徑，Rdl為主進(jìn)給漉凸臺大端工作半徑，Rml為忍漉 小端工作半徑，Rm2為忍漉大端工作面半徑，摩擦角i3 = arctarui，y為摩擦系數(shù)； 為了保證忍漉的強(qiáng)度W及與環(huán)巧內(nèi)徑的的幾何關(guān)系，忍漉工作面半徑應(yīng)滿足條件②： Rmi<ri〇-(3~5)mm; 根據(jù)設(shè)備要求，主進(jìn)給漉和忍漉的閉合中屯、距應(yīng)在設(shè)備極限閉合中屯、距范圍內(nèi)，即滿 足條件③： Rdl+Rl〇-riO+Rml < Smax Rdl+化-ri+Rml〉Smin 其中，Smax為設(shè)備最大閉合中屯、距，Smin為設(shè)備最小閉合中屯、距； 根據(jù)主進(jìn)給漉和忍漉的幾何特征，各自的工作半徑應(yīng)滿足條件④： Rd2 二 Rd 廣化 _2Bi) tanS Rml = Rm2-化-B2 HanS 根據(jù)條件①②③④確定主進(jìn)給漉和忍漉工作半徑Rdl、Rd2、Rml和Rm2; 通常在主進(jìn)給漉上設(shè)計兩端側(cè)壁形成閉式孔型，側(cè)壁徑向?qū)挾炔荒艽笥诃h(huán)件端面壁 厚，即主進(jìn)給漉大端側(cè)壁寬度。。<化-。，一般取1^=(0.5~0.8)(扣日-。日+化-。）； 主進(jìn)給漉小端側(cè)壁寬度1<11 = 1^，8<1。= 8<11=(0.1~0.3化，8化為主進(jìn)給漉大端側(cè)壁高度， Bdi為小端側(cè)壁高度。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟S202中，副進(jìn)給漉凸臺面錐角δ〇 = δι， 副進(jìn)給漉大端凸臺深Hci =化+ (1~2) mm，副進(jìn)給漉小端凸臺深出2 =此+(1~2) mm，副進(jìn)給漉 高度Bc = B+(l~4)mm，副進(jìn)給大端漉型腔高度8。、1 = 81日+(1~6)111111，副進(jìn)給小端漉型腔高度 6。。= 82日+(1~6)111111，畐[]進(jìn)給漉大端工作面半徑1?。1=(0.3~0.7斯1，副進(jìn)給漉兩端側(cè)壁寬度 Lcu = Lci= (1.5~3)Ldu，副進(jìn)給漉兩端側(cè)壁高度Bcu = Bci= (0.1~0.3)B。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟S203中，信號漉凸臺面錐角δχ = δι，信 號漉大端凸臺涂Hxi = Ηι+( 1~2 )mm, f曰號漉小?而凸臺涂Ηχ2二此+(1~2 )mm, f曰號漉局度Βχ = Β + (1~4)mm，信號漉大端型腔高度Βχχ? = Βι+(1~6)mm，信號漉小端型腔高度Βχχ2 = Β2+(1~6) mm，信號漉大端工作面半徑Rxi=(0.3~0.7)Rdi，信號漉兩端側(cè)壁寬度Lxu = Lxi = (1.5~3) Ldu，信號漉兩端側(cè)壁高度Bxu = Bxi = (0.1~0.3)B; 考慮到邸式社制過程中忍漉進(jìn)給，保證雙漉雙進(jìn)給社制階段副進(jìn)給漉的進(jìn)給作用明 顯，將副進(jìn)給漉置于主進(jìn)給漉對側(cè)，使副進(jìn)給漉與環(huán)件中屯、連線的夾角e設(shè)計為40°~60°。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，兩種進(jìn)給模式下主、副進(jìn)給漉進(jìn)給速度按 如下控制： 雙漉雙向進(jìn)給模式：副進(jìn)給漉進(jìn)給速度V2=(0.5~l)vi 單漉單向進(jìn)給模式:主進(jìn)給漉進(jìn)給速度V3 =( 2~4) VI。
【文檔編號】B21H1/06GK105964841SQ201610310801
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】錢東升, 何松, 鄧加?xùn)|, 華林
【申請人】武漢理工大學(xué)