[發明專利]一種確保矩形環件軋制過程環件剛度的方法

有效

• 申請號: 202110046318.3
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112792269B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 謝丹;徐戊矯;王雨;陳銳
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B21H1/06
• 分類號: B21H1/06
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

1.一種確保矩形環件軋制過程環件剛度的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)確定環件的徑向軋制工藝參數：環件的徑向軋制工藝參數包括環坯初始外徑D₀，環坯初始內徑d₀，環坯初始壁厚H₀，芯輥徑向進給速度v(t)，材料的剪切屈服強度k，環件與軋輥的摩擦系數μ，材料的屈服應力σ_s，環件與軋輥間的摩擦因子m，錐輥頂角γ，導向輥與z軸的夾角θ，錐輥與環件外表面接觸對應的錐輥半徑R₆，驅動輥旋轉的線速度V；

2)建立環件徑向進給速度與環件幾何形狀和尺寸關系；

計算環件徑向進給速度與環件幾何形狀和尺寸關系具體包括以下步驟：

2.1)根據驅動輥旋轉線速度計算環件每轉旋轉時間：

式(1)中，n為當前環件旋轉的轉數；T_n為當前轉數下環件轉旋轉時間；D_n-1為前一轉數對應的環件外徑；

2.2)根據環件每轉旋轉時間計算環件軋制時間：

式(2)中，t_n為當前轉數結束時環件軋制時間；

2.3)根據芯輥徑向進給速度計算徑向每轉進給量：

式(3)中，t_n-1為前一轉數開始時環件軋制時間；

2.4)根據徑向每轉進給量Δh_n計算環件變形區每轉壁厚：

式(4)中，H_n(0)為當前轉數下x＝0位置對應的環件壁厚；

2.5)根據芯輥進給速度計算環件內外直徑：

式(5)至式(7)中，v(t_n)為當前轉數結束時芯輥進給速度；D_n為當前轉數對應的環件外直徑；d_n為當前轉數對應的環件內直徑；D_a，n為當前轉數對應的環件平均直徑；

2.6)根據環件內外直徑計算環件內外半徑：

式(8)至式(10)中，R_n為當前轉數對應的環件初始外半徑；r_n為當前轉數對應的環件初始內半徑；R_a，n為前轉數對應的環件平均半徑；

2.7)根據每轉徑向進給量和環件內外半徑計算徑向變形區的接觸弧長：

式(11)中，R₁為驅動輥的半徑；R₂為芯輥的半徑；L_j，n為當前變形區和轉數對應的軋輥與環件的接觸弧長，j＝(1，2)，分別表示環件徑向變形區中變形區I區和變形區II區；

2.8)根據環件軋制進給的幾何關系計算不同變形區的寬度：

H_n(0)＝h_1，n(0)+h_2，n(0)???????(14)

h_1，n(L_1，n)＝h_1，n-1(0)?????(15)

h_2，n(L_1，n)＝h_2，n-1(0)????(16)

式(12)至式(16)中，Δh_1，n(0)為當前轉數下x＝0位置對應的變形區I區每轉進給量；Δh_2，n(0)為當前轉數下x＝0位置對應的變形區II區每轉進給量；h_1，n(0)為當前轉數下x＝0位置對應的變形區I區寬度；h_2，n(0)為當前轉數下x＝0位置對應的變形區II區寬度；h_1，n-1(0)為前一轉下x＝0位置對應的變形區I區寬度；h_2，n-1(0)為前一轉下x＝0位置對應的變形區II區寬度；h_1，n(L_1，n)為當前轉數下x＝L_1，n位置對應的變形區I區寬度；h_2，n(L_1，n)為當前轉數下x＝L_1，n位置對應的變形區II區寬度；

2.9)建立環件不同變形區寬度和出口處高度及自由側表面方程：

式(17)至式(19)中，h_j，n(x)為當前變形區和轉數對應的寬度方程；K_j，n(z)為當前變形區和轉數在x＝0位置對應的出口處高度方程；B_n，min為當前轉數對應的變形區的出口處最小高度；c_j，n為前變形區和轉數對應的系數；為當前變形區和轉數對應的自由側表面方程；K_j，n-1(z)為當前變形區和前一轉對應的出口處高度方程；a_j，n為當前變形區和轉數對應的系數；K(z)為在x＝0位置對應的出口處截面高度方程；h_j，n(L_j，n)為當前轉數下x＝L_1，n位置對應的變形區寬度；

3)基于流函數計算環件自由側表面形狀；

4)建立矩形環件剛度模型；

5)建立環件軋制過程中徑軸向協調進給策略，計算出環件軋制當前轉數對應的環件軸向每轉進給量ΔB_n；

6)輸出環件軋制當前轉數對應的環件軸向每轉進給量ΔB_n，對環件進行軋制。

2.根據權利要求1所述的一種確保矩形環件軋制過程環件剛度的方法，其特征在于，在步驟3)中，基于流函數計算環件自由側表面形狀具體包括以下步驟：

3.1)根據環件徑向變形區截面形狀建立環件截面的流函數：

式(20)中，A_j，n為當前變形區和轉數對應的系數；

3.2)基于速度場不可壓縮條件和流函數上的流線與曲線的法線正交，計算環件軋制的速度場：

式(21)中，u_j，n，x為當前變形區和轉數對應的x方向材料流動速度；u_j，n，y為當前變形區和轉數對應的y方向材料流動速度；u_j，n，z為當前變形區和轉數對應的z方向材料流動速度；

3.3)建立環件軋制徑向變形區的總功率方程：

W_n＝W_1，n+W_2，n??????(22)

W_j，n＝W_1，j，n+W_2，j，n+W_3，j，n?????(23)

式(22)至(23)中，W_n為環件軋制徑向變形區的總功率；W_1，n為環件軋制徑向I變形區的總功率；W_2，n為環件軋制徑向II變形區的總功率；W_1，j，n為當前變形區和轉數對應的塑性變形功率；W_2，j，n為當前變形區和轉數對應的環件內外表面摩擦功率；W_3，j，n為當前變形區和轉數對應的環件出入口速度間斷面剪切功率；

3.4)對步驟3.3)中的功率進行計算：

式(24)至(26)中，V′為徑向變形區體積，ε為變形區應變，S為徑向變形區截面面積，s_j，n，0為當前變形區和轉數對應的出口截面面積；s_j，n，1為當前變形區和轉數對應的入口截面面積；Δv_j，n，0為當前變形區和轉數對應的出口截面速度；Δv_j，n，1為當前變形區和轉數對應的入口截面速度；s_j，n，f為當前變形區和轉數對應的軋輥與環件接觸面積；Δv_j，n，f為當前變形區和轉數對應的軋輥與環件接觸表面速度；

3.5)對步驟3.4)中的速度進行計算：

3.6)基于能量最小原理，求出最小功率對應的系數，從而得到環件自由側表面方程：

式(30)中，K_1，n(0)為當前轉數在z＝0位置對應的變形I區的出口處截面高度；K_2，n(0)為當前轉數在z＝0位置對應的變形II區的出口處截面高度。