專利名稱：外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法。
背景技術(shù)：
目前，外臺階截面環(huán)件通常采用馬架擴(kuò)孔和機(jī)械切削加工聯(lián)合完成，即先通過馬架擴(kuò)孔加工出矩形截面的環(huán)件，再通過機(jī)械切削將矩形截面的環(huán)件加工成外臺階截面環(huán)件。其加工工藝流程為1)鐓粗，2)沖孔，3)沖頭擴(kuò)孔，4)芯棒擴(kuò)孔，5)機(jī)械切削加工。這種工藝生產(chǎn)外臺階截面環(huán)件的主要問題是1)加工余量大、材料利用率低；2)生產(chǎn)效率低、勞動強(qiáng)度大；3)環(huán)件需要反復(fù)加熱、能耗高；4)生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、生產(chǎn)效率高的外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是；外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法，其特征是按如下步驟實現(xiàn)1)下料將棒材鋸切成料段；2)制坯將料段從室溫均勻加熱到高塑性、低抗力的熱變形溫度，然后將熱態(tài)的料段鐓粗、沖孔、沖連皮，制成軋制用環(huán)件毛坯；3)軋環(huán)機(jī)軋制成形將毛坯放入加熱爐中加熱，當(dāng)溫度達(dá)到熱變形溫度時取出，鋼環(huán)件毛坯熱變形溫度為800℃～1200℃，鋁環(huán)件毛坯熱變形溫度為350℃-550℃，放入軋環(huán)機(jī)孔型內(nèi)軋制成形，軋制過程中環(huán)件與軋輥間保持良好的潤滑，環(huán)件經(jīng)過多轉(zhuǎn)軋制成外臺階截面環(huán)件鍛件；4)鍛件機(jī)械切削加工成產(chǎn)品。
所述的毛坯外圓邊緣與水平面成傾斜角α，α＝0°～20°，毛坯的底部孔徑為d=dfλ,]]>軋制比為λ＝2～8，毛坯的孔內(nèi)壁與水平面成傾斜角β，β＝80°～90°，毛坯大外徑部分的軸向尺寸為B1＝Bf1+c，毛坯小外徑部分的軸向尺寸為B2＝Bf2-c，c＝0～0.3Bf，毛坯外臺階徑向尺寸為D1-D2＝k(Df1-Df2)，k＝1.2～2.0；毛坯的大外徑D1、小外徑D2根據(jù)外臺階截面環(huán)件鍛件體積與毛坯體積相等條件確定；外臺階截面環(huán)件鍛件的孔徑為df，鍛件大外徑部分的外徑和軸向尺寸分別為Df1、Bf1，鍛件小外徑部分的外徑和軸向尺寸分別為Df2、Bf2。
所述的將料段從室溫均勻加熱到高塑性、低抗力的熱變形溫度，鋁合金環(huán)件熱變形溫度為550℃～350℃；鋼鐵材料環(huán)件熱變形溫度為1200℃～800℃。
所述的軋環(huán)機(jī)軋制成形，環(huán)件軋制中軋制進(jìn)給速度數(shù)值按下式計算υ=f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>其中，v為軋制進(jìn)給速度，n1為驅(qū)動輥轉(zhuǎn)速，R1，R2分別為驅(qū)動輥和芯輥半徑，R，r分別為環(huán)件鍛件外半徑和內(nèi)半徑，R＝Df1/2，r＝df/2，f為環(huán)件與軋制孔型之間的摩擦系數(shù)，f為0.05～0.4。
本發(fā)明采用環(huán)件軋制工藝，環(huán)件經(jīng)過多轉(zhuǎn)連續(xù)軋制變形達(dá)到預(yù)定尺寸，改善工件的金屬組織和性能，縮短了生產(chǎn)時間，減少了鍛件加熱次數(shù)，節(jié)約了原材料，提高了生產(chǎn)效率；通過合理設(shè)計環(huán)件毛坯尺寸，節(jié)約了原材料，降低成本；減小了端面魚尾變形和翹曲變形，保證了外臺階截面環(huán)件的質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明的鍛件結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的環(huán)件毛坯結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明的環(huán)件徑向軋制原理4是圖3的左視中1-驅(qū)動輥，2-環(huán)件毛坯，3-導(dǎo)向棍，4-芯輥，5-信號輥。
具體實施例方式
外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法，按如下步驟實現(xiàn)1).下料將棒材鋸切成料段，料段長度為L＝(1～3)(B1+B2)，B1為毛坯大環(huán)部分的軸向尺寸，B2為毛坯小環(huán)部分的軸向尺寸。
2).制坯將料段從室溫均勻加熱到高塑性、低抗力的熱變形溫度，然后將熱態(tài)的料段鐓粗、沖孔、沖連皮，制成軋制用環(huán)件毛坯。
所述的將料段從室溫均勻加熱到高塑性、低抗力的熱變形溫度，鋁合金環(huán)件熱變形溫度為550℃～350℃；鋼鐵材料環(huán)件熱變形溫度為1200℃～800℃。
所述的毛坯外圓邊緣與水平面成傾斜角α，α＝0°～20°，毛坯的底部孔徑為d=dfλ,]]>軋制比為λ＝2～8，毛坯的孔內(nèi)壁與水平面成傾斜角β，β＝80°～90°，毛坯大外徑部分的軸向尺寸為B1＝Bf1+c，毛坯小外徑部分的軸向尺寸為B2＝Bf2-c，c＝0～0.3Bf，毛坯外臺階徑向尺寸為D1-D2＝k(Df1-Df2)，k＝1.2～2.0；毛坯的大外徑D1、小外徑D2根據(jù)外臺階截面環(huán)件鍛件體積與毛坯體積相等條件確定；外臺階截面環(huán)件鍛件的孔徑為df，鍛件大外徑部分的外徑和軸向尺寸分別為Df1、Bf1，鍛件小外徑部分的外徑和軸向尺寸分別為Df2、Bf2。
如圖1、圖2所示，要求軋制成形的45鋼外臺階截面環(huán)件尺寸為大環(huán)外徑Df1為Ф1000mm，小環(huán)外徑Df2為Ф800mm，內(nèi)孔直徑df為Ф500mm，大環(huán)部分的軸向尺寸Bf1＝300mm，小環(huán)部分的軸向尺寸Bf2＝200mm。設(shè)計毛坯的內(nèi)孔直徑d為Ф125mm，大環(huán)部分的軸向尺寸B1為340mm，小環(huán)部分的軸向尺寸B2為160mm，外臺階截面環(huán)件鍛件體積與毛坯體積相等條件確定毛坯尺寸，設(shè)計毛坯的大環(huán)外徑D1為Ф868mm，小環(huán)外徑D2為Ф568mm，為了減小環(huán)件孔緣毛刺，設(shè)計毛坯外圓邊緣的傾斜角α為10°，β為85°(如圖2所示)。
為了便于軋制成形，鍛造制坯時要嚴(yán)格保證軋制用毛坯幾何精度，消除毛坯內(nèi)孔偏心、表面錘頭印、沖孔毛刺等缺陷。
3).軋環(huán)機(jī)軋制成形將設(shè)計好的毛坯放入加熱爐中加熱，當(dāng)溫度達(dá)到熱變形溫度(鋁合金環(huán)件熱變形溫度為550℃～350℃；鋼鐵材料環(huán)件熱變形溫度為1200℃～800℃)時取出，放入軋環(huán)機(jī)孔型內(nèi)軋制成形，軋制過程中環(huán)件與軋輥間保持良好的潤滑，通過徑向軋制，使環(huán)件毛坯壁厚減小、內(nèi)外直徑擴(kuò)大、截面輪廓成形，當(dāng)環(huán)件經(jīng)過多轉(zhuǎn)軋制變形且直徑擴(kuò)大到預(yù)定尺寸時，最終成為規(guī)定形狀尺寸的外臺階截面環(huán)件鍛件。
外臺階截面環(huán)件軋制成形如圖3、圖4所示，在驅(qū)動輥1的旋轉(zhuǎn)軋制運(yùn)動和直線進(jìn)給運(yùn)動作用下，環(huán)件毛坯2連續(xù)地咬入驅(qū)動輥1和芯輥4構(gòu)成的軋制孔型，產(chǎn)生壁厚減小、內(nèi)外直徑擴(kuò)大、截面輪廓成形的連續(xù)局部塑性變形。通過多轉(zhuǎn)反復(fù)軋制變形，使環(huán)件直徑擴(kuò)大到與信號輥5接觸時，則達(dá)到了規(guī)定形狀尺寸的環(huán)件鍛件，這時環(huán)件軋制過程結(jié)束。圖4中導(dǎo)向輥3的作用是保證軋制過程平穩(wěn)。
對于外臺階截面環(huán)件軋制成形，設(shè)計如圖4所示的半封閉孔型，該孔型的驅(qū)動輥直徑較閉式孔型的小，也不要求軋環(huán)機(jī)驅(qū)動輥與芯輥有很大的中心距，且改善了芯輥的強(qiáng)度和剛度。隨著軋制的進(jìn)行，環(huán)件截面逐漸進(jìn)入孔型，并在軋制結(jié)束時，環(huán)件截面完全進(jìn)入孔型，有利于環(huán)件端面質(zhì)量。軋制開始前，要保證環(huán)件在孔型中的準(zhǔn)確定位。要保證良好的潤滑和冷卻，以防止芯輥回火軟化。
工藝參數(shù)外臺階截面環(huán)件軋制工藝參數(shù)主要包括軋制溫度、軋制進(jìn)給速度和軋制比。通過研究和試驗，鋁合金環(huán)件軋制溫度為550℃～350℃；鋼鐵材料環(huán)件軋制溫度為1200℃～800℃。實際軋制操作中，應(yīng)嚴(yán)格控制始鍛和終鍛溫度，防止低于終鍛溫度的軋制變形，以保證環(huán)件內(nèi)部組織質(zhì)量。毛坯軋制前加熱應(yīng)嚴(yán)格控制加熱溫度、保溫時間，保溫時間根據(jù)環(huán)件壁厚按(1～2)分鐘/毫米計算確定，以保證毛坯整體均勻熱透，并防止過熱和過燒。
為了保證鍛透并減小端面魚尾變形，環(huán)件軋制中采用較大進(jìn)給速度亦即快速進(jìn)給軋制，軋制進(jìn)給速度數(shù)值按下式計算υ=f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>這里v為軋制進(jìn)給速度，n1為驅(qū)動輥轉(zhuǎn)速，R1，R2分別為驅(qū)動輥和芯輥半徑，R，r分別為環(huán)件鍛件外半徑和內(nèi)半徑，R＝Df1/2，r＝df/2，f為環(huán)件與軋制孔型之間的摩擦系數(shù)，f為0.05～0.4。
通過計算確定軋制速度為5mm/s。軋制比取為4。
4).鍛件機(jī)械切削加工成產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法，其特征是按如下步驟實現(xiàn)1)下料將棒材鋸切成料段；2)制坯將料段從室溫均勻加熱到高塑性、低抗力的熱變形溫度，然后將熱態(tài)的料段鐓粗、沖孔、沖連皮，制成軋制用環(huán)件毛坯；3)軋環(huán)機(jī)軋制成形將毛坯放入加熱爐中加熱，當(dāng)溫度達(dá)到熱變形溫度時取出，放入軋環(huán)機(jī)孔型內(nèi)軋制成外臺階截面環(huán)件鍛件；4)鍛件機(jī)械切削加工成產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法，其特征是所述的毛坯外圓邊緣與水平面成傾斜角α，α＝0°～20°，毛坯的底部孔徑為d=dfλ,]]>軋制比為λ＝2～8，毛坯的孔內(nèi)壁與水平面成傾斜角β，β＝80°～90°，毛坯大外徑部分的軸向尺寸為B1＝Bf1+c，毛坯小外徑部分的軸向尺寸為B2＝Bf2-c，c＝0～0.3Bf，毛坯外臺階徑向尺寸為D1-D2＝k(Df1-Df2)，k＝1.2～2.0；毛坯的大外徑D1、小外徑D2根據(jù)外臺階截面環(huán)件鍛件體積與毛坯體積相等條件確定；其中，df為外臺階截面環(huán)件鍛件的孔徑，Df1為鍛件大外徑部分的外徑，Bf1為鍛件大外徑部分的軸向尺寸，Df2為鍛件小外徑部分的外徑、Bf2為鍛件小外徑部分的軸向尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法，其特征是所述的將料段從室溫均勻加熱到高塑性、低抗力的熱變形溫度，鋁合金環(huán)件熱變形溫度為350℃-550℃；鋼鐵材料環(huán)件熱變形溫度為1200℃～800℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法，其特征是所述的將毛坯放入加熱爐中加熱，當(dāng)溫度達(dá)到熱變形溫度時取出，鋼環(huán)件毛坯熱變形溫度為800℃～1200℃，鋁環(huán)件毛坯熱變形溫度為350℃-550℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法，其特征是所述的軋環(huán)機(jī)軋制成形，環(huán)件軋制中軋制進(jìn)給速度數(shù)值按下式計算v=f2n1R12R(1+R1R)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>其中，v為軋制進(jìn)給速度，n1為驅(qū)動輥轉(zhuǎn)速，R1，R2分別為驅(qū)動輥和芯輥半徑，R，r分別為環(huán)件鍛件外半徑和內(nèi)半徑，R＝Df1/2，r＝df/2，f為環(huán)件與軋制孔型之間的摩擦系數(shù)，f為0.05～0.4。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法，其特征是所述的料段長度為L＝(1～3)(B1+B2)，B1為毛坯大環(huán)部分的軸向尺寸，B2為毛坯小環(huán)部分的軸向尺寸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法。外臺階截面環(huán)件軋制成形的方法，其特征是按如下步驟實現(xiàn)1)下料將棒材鋸切成料段；2)制坯將料段從室溫均勻加熱到高塑性、低抗力的熱變形溫度，然后將熱態(tài)的料段鐓粗、沖孔、沖連皮，制成軋制用環(huán)件毛坯；3)軋環(huán)機(jī)軋制成形將毛坯放入加熱爐中加熱，當(dāng)溫度達(dá)到熱變形溫度(鋁合金環(huán)件熱變形溫度為550℃～350℃；鋼鐵材料環(huán)件熱變形溫度為1200℃～800℃)時取出，放入軋環(huán)機(jī)孔型內(nèi)軋制成形，軋制過程中環(huán)件與軋輥間保持良好的潤滑，當(dāng)環(huán)件經(jīng)過多轉(zhuǎn)軋制變形且直徑擴(kuò)大到預(yù)定尺寸時，成為規(guī)定形狀尺寸的外臺階截面環(huán)件鍛件；4)鍛件機(jī)械切削加工成產(chǎn)品。本發(fā)明具有成本低、生產(chǎn)效率高的特點。
文檔編號B21H1/00GK1586754SQ20041006088
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月21日
發(fā)明者華林, 趙玉民, 毛華杰, 吳燕翔 申請人:武漢理工大學(xué)