[發(fā)明專利]大型突變截面環(huán)件近凈軋制成形方法

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• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113941675A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 鄧加東;吳榮文;錢東升;華林
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B21H1/06
• 分類號: B21H1/06;G06F17/11
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 程力

本發(fā)明公開了一種大型突變截面環(huán)件近凈軋制成形方法，1)鍛件形狀特征分割：將大型突變截面環(huán)件鍛件按截面形狀特征沿軸向分割為若干典型形狀特征的異形分割件；2)異形環(huán)坯設計：先針對各分割件分別設計各子環(huán)坯，然后將得到的各子環(huán)坯進行組合，獲得整體環(huán)坯的初始尺寸，然后對整體環(huán)坯的初始尺寸進行修正，確定合理的近凈軋制環(huán)坯尺寸；3)近凈軋制成形：由驅(qū)動輥和芯輥工作表面組成軋制工作面，通過驅(qū)動輥驅(qū)動和芯輥不斷的咬合，實現(xiàn)環(huán)坯突變輪廓截面的填充和內(nèi)外徑的擴大，最終獲得大型突變截面環(huán)件鍛件。本方法適用于加工大型突變截面環(huán)件，實現(xiàn)該類環(huán)件低成本、高效率及高質(zhì)量軋制近凈成形，進一步提高產(chǎn)品的綜合力學性能和服役壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于塑性成形領(lǐng)域，具體涉及一種大型突變截面環(huán)件近凈軋制成形方法。

背景技術(shù)

大型突變截面環(huán)件是一種關(guān)鍵機械零部件，廣泛應用于航空航天、核能及特種運載裝備等工業(yè)領(lǐng)域，對綜合性能有著很高要求。該類構(gòu)件截面形狀極其復雜，內(nèi)外表面均帶有多個突變臺階形狀特征，徑向尺寸通常在1米以上，填充難度極大。

環(huán)件軋制是一種增量式的先進制造技術(shù)，它是通過對坯料連續(xù)的塑性變形來達到生產(chǎn)高質(zhì)量無縫環(huán)件的一種工藝方法。然而，對于大型突變截面環(huán)件而言，其內(nèi)外表面都具有多個突變臺階，傳統(tǒng)的矩形環(huán)坯根本無法成形出該類構(gòu)件的突變臺階，而且傳統(tǒng)的矩形環(huán)坯軋制穩(wěn)定性差，軋制時，容易出現(xiàn)環(huán)件偏心及無法保證環(huán)件圓度等不良現(xiàn)象。

目前，現(xiàn)有的異形環(huán)件環(huán)坯設計方法主要是基于軸向體積分配相等、環(huán)坯與鍛件形狀相似等，所設計出的環(huán)坯形狀與環(huán)件形狀基本相似，進而導致環(huán)坯形狀過于復雜，制坯難度增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種大型突變截面環(huán)件近凈軋制成形方法，本方法適用于加工大型突變截面環(huán)件，實現(xiàn)該類環(huán)件低成本、高效率及高質(zhì)量軋制近凈成形，進一步提高產(chǎn)品的綜合力學性能和服役壽命。

本發(fā)明所采用的方案是：

一種大型突變截面環(huán)件近凈軋制成形方法，包括步驟：1)鍛件形狀特征分割：將大型突變截面環(huán)件鍛件按截面形狀特征沿軸向分割為若干典型形狀特征的異形分割件；2)異形環(huán)坯設計：先針對各分割件分別設計各子環(huán)坯，然后將得到的各子環(huán)坯進行組合，獲得整體環(huán)坯的初始尺寸，然后對整體環(huán)坯的初始尺寸進行修正，確定合理的近凈軋制環(huán)坯尺寸；3)近凈軋制成形：由驅(qū)動輥和芯輥工作表面組成軋制工作面，通過驅(qū)動輥驅(qū)動和芯輥不斷的咬合，實現(xiàn)環(huán)坯突變輪廓截面的填充和內(nèi)外徑的擴大，最終獲得大型突變截面環(huán)件鍛件。

進一步地，針對各分割件分別設計各子環(huán)坯時，根據(jù)當量軋比、軋制接觸穩(wěn)定性以及軋制前后體積和高度保持不變原則確定各分割件對應的子環(huán)坯的內(nèi)徑、高度和外徑，保證所設計的子環(huán)坯能成形出對應的分割件，若所設計的子環(huán)坯不能成形出對應的分割件則需要重新設計，在確保成形的前提下，各子環(huán)坯的形狀要盡可能的簡單從而降低制坯難度。

進一步地，對整體環(huán)坯的初始尺寸進行修正時，采用修正前后整體環(huán)坯的體積和高度保持不變原則，修正前后各子環(huán)坯的體積和高度也保持不變，在初始尺寸上進行小范圍、小幅度的修正，在各分割件對應的子環(huán)坯內(nèi)進行尺寸修正，基于環(huán)坯與各軋輥間的穩(wěn)定接觸原則確保修正后能減小兩軋輥之間形成的傾斜力矩，基于軋制過程中金屬的變形行為確保修正后能提高成形質(zhì)量和降低制坯難度。

進一步地，進行近凈軋制成形時，初始階段芯輥低速進給以滿足環(huán)坯咬入孔型條件，隨后芯輥高速進給，促使內(nèi)外輪廓逐漸填充，并且環(huán)件的內(nèi)外徑逐漸擴大，最后在整圓階段芯輥低速進給，使得環(huán)件壁厚逐漸變得均勻，其突變輪廓逐漸填充完成。

進一步地，大型突變截面環(huán)件鍛件的外側(cè)面上端附近設有深槽、外側(cè)面下端設有外臺階、內(nèi)側(cè)面從上往下設有三級逐級擴大的內(nèi)臺階，環(huán)槽位于第一、二級內(nèi)臺階所在的范圍內(nèi)。

進一步地，進行鍛件形狀特征分割時：