專利名稱：內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件軋制成形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件軋制成形的方法。
背景技術(shù)：
目前，內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件通常采用鍛造擴(kuò)孔和機(jī)械切削加工聯(lián)合完成，即先通過(guò)鍛造擴(kuò)孔加工出矩形截面的環(huán)件，再通過(guò)機(jī)械切削將矩形截面的環(huán)件加工成內(nèi)臺(tái)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)平端面，5)機(jī)械切削加工。這種工藝生產(chǎn)外臺(tái)階截面環(huán)件的主要問(wèn)題是1)加工余量大、材料利用率低；2)生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)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
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、生產(chǎn)效率高的內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件軋制成形的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件軋制成形的方法，其特征在于它包括如下步驟1).下料將棒材鋸切成料段，料段長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝(1～5)(Bb+Bs)，Bb為環(huán)件鍛件大孔部分的軸向尺寸，Bs為環(huán)件鍛件小孔部分的軸向尺寸，料段直徑根據(jù)環(huán)件鍛件體積與料段體積相等條件確定；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；環(huán)件毛坯外圓邊緣與水平面成傾斜角α，α＝0°～20°；環(huán)件毛坯大孔部分的軸向尺寸為Bb0＝Bb+c，環(huán)件毛坯小孔部分的軸向尺寸為Bs0＝Bs-c，c＝0～0.3(Bb+Bs)；環(huán)件毛坯的大孔直徑為db0=dbK,]]>軋制比為K＝1.5～5，db為環(huán)件鍛件的大孔直徑；根據(jù)環(huán)件鍛件內(nèi)孔臺(tái)階尺寸初選環(huán)件毛坯小孔直徑ds01，ds01＝db0-(db-ds)；根據(jù)環(huán)件鍛件體積與環(huán)件毛坯體積相等條件初定環(huán)件外徑D01，D01=(D2-db2+db02)Bb+(D2-ds2+ds012)BsBb+Bs,]]>D為環(huán)件鍛件的外徑；確定環(huán)件毛坯小孔直徑ds0，ds0＝ds01+2φΔHb2，φ＝1～2為修正系數(shù)，ΔHb2=1R2-1rm1R1+1R2+1Rm-1rm(D01-db02-D-db2),]]>ΔHb2為環(huán)件毛坯大孔部分在軋制中的內(nèi)表面進(jìn)給量，R1、R2分別為驅(qū)動(dòng)輥工作面半徑和環(huán)件毛坯大孔部分對(duì)應(yīng)的芯輥工作面半徑，Rm＝(D01+D)/4為環(huán)件鍛件和毛坯外半徑平均值，rm＝(db0+db)/4為環(huán)件鍛件和環(huán)件毛坯大孔半徑平均值；用ds0代替ds01，D0代替D01，代入上文中D01公式計(jì)算確定環(huán)件毛坯外徑D0，D0為環(huán)件毛坯的外徑；3)軋環(huán)機(jī)軋制成形將環(huán)件毛坯放入加熱爐中加熱，當(dāng)溫度達(dá)到熱變形溫度時(shí)取出，鋼環(huán)件毛坯熱變形溫度為1200℃～800℃，放入軋環(huán)機(jī)孔型內(nèi)軋制成形，軋制過(guò)程中環(huán)件毛坯與軋輥間保持良好的潤(rùn)滑，環(huán)件毛坯經(jīng)過(guò)多轉(zhuǎn)軋制成環(huán)件鍛件；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(jì)算υ=f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>式中，υ為軋制進(jìn)給速度；n1為驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速；R1、R2分別為驅(qū)動(dòng)輥工作面半徑和環(huán)件毛坯大孔部分對(duì)應(yīng)的芯輥工作面半徑；R，r分別為環(huán)件鍛件外半徑和內(nèi)半徑，R＝D/2，r＝ds/2；f為環(huán)件與軋制孔型之間的摩擦系數(shù)，f＝0.05～0.4；4)環(huán)件鍛件機(jī)械切削加工成產(chǎn)品(內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件)。
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，鋼鐵材料熱變形溫度為1200℃～800℃。
本發(fā)明采用環(huán)件軋制工藝，環(huán)件毛坯經(jīng)過(guò)多轉(zhuǎn)連續(xù)軋制變形達(dá)到預(yù)定尺寸(環(huán)件鍛件的尺寸)，改善工件的金屬組織和性能，縮短了生產(chǎn)時(shí)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(guò)合理設(shè)計(jì)環(huán)件毛坯尺寸，節(jié)約了原材料，降低成本；減小了端面魚(yú)尾變形和翹曲變形，保證了內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件的質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明的環(huán)件鍛件結(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)件毛坯徑向軋制原理4是圖3的左視中1-驅(qū)動(dòng)輥，2-環(huán)件毛坯，3-導(dǎo)向棍，4-芯輥，5-信號(hào)輥。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2、圖3、圖4所示，內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件軋制成形的方法，它包括如下步驟1).下料將棒材鋸切成料段，料段長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝(1～5)(Bb+Bs)，Bb為環(huán)件鍛件大孔部分的軸向尺寸，Bs為環(huán)件鍛件小孔部分的軸向尺寸，料段直徑根據(jù)環(huán)件鍛件體積與料段體積相等條件確定。
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，鋼鐵材料熱變形溫度為1200℃～800℃；所述的環(huán)件毛坯外圓邊緣與水平面成傾斜角α，α＝0°～20°；所述的環(huán)件毛坯大孔部分的軸向尺寸為Bb0＝Bb+c，所述的環(huán)件毛坯小孔部分的軸向尺寸為Bs0＝Bs-c，c＝0～0.3(Bb+Bs)；環(huán)件毛坯的大孔直徑為db0=dbK,]]>軋制比為K＝1.5～5，db為環(huán)件鍛件的大孔直徑；根據(jù)環(huán)件鍛件內(nèi)孔臺(tái)階尺寸初選環(huán)件毛坯小孔直徑ds01，ds01＝db0-(db-ds)；根據(jù)環(huán)件鍛件體積與環(huán)件毛坯體積相等條件初定環(huán)件外徑D01，D01=(D2-db2+db02)Bb+(D2-ds2+ds012)BsBb+Bs,]]>D為環(huán)件鍛件的外徑；確定環(huán)件毛坯小孔直徑ds0，ds0＝ds01+2φΔHb2，φ＝1～2為修正系數(shù)，ΔHb2=1R2-1rm1R1+1R2+1Rm-1rm(D01-db02-D-db2)]]>為環(huán)件毛坯大孔部分在軋制中的內(nèi)表面進(jìn)給量，R1、R2分別為驅(qū)動(dòng)輥工作面半徑和環(huán)件毛坯大孔部分對(duì)應(yīng)的芯輥工作面半徑，Rm＝(D01+D)/4為環(huán)件鍛件和毛坯外半徑平均值，rm＝(db0+db)/4為環(huán)件鍛件和毛坯大孔半徑平均值；用ds0代替ds01，D0代替D01，代入上文中D01公式計(jì)算確定環(huán)件毛坯外徑D0，D0為環(huán)件毛坯的外徑。
如圖1、圖2所示，要求軋制成形的20CrMnTi鋼內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件鍛件尺寸為環(huán)件鍛件外徑D為Φ190mm，環(huán)件鍛件的大孔直徑db為Φ140mm，環(huán)件鍛件的小孔直徑ds為Φ114mm，環(huán)件鍛件大孔部分的軸向尺寸Bb＝16mm，小環(huán)部分的軸向尺寸Bs＝11.5mm。設(shè)計(jì)環(huán)件毛坯大孔部分的軸向尺寸Bb0為18.2mm(c＝2.2)，環(huán)件毛坯小孔部分的軸向尺寸Bs0為9.3mm，內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件鍛件體積與環(huán)件毛坯體積相等條件確定毛坯尺寸，設(shè)計(jì)環(huán)件毛坯的大孔部分直徑db0為Φ77.8mm(K＝1.8)，小孔部分外徑ds0為Φ61.0mm(φ＝1，ΔHb2＝4.6)，環(huán)件毛坯外徑D為Φ156.0mm。為了減小環(huán)件孔緣毛刺，設(shè)計(jì)環(huán)件毛坯外圓邊緣的傾斜角α為15°(如圖2所示)。
為了便于軋制成形，鍛造制坯時(shí)要嚴(yán)格保證軋制用環(huán)件毛坯幾何精度，消除環(huán)件毛坯內(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(jì)好的環(huán)件毛坯放入加熱爐中加熱，當(dāng)溫度達(dá)到熱變形溫度時(shí)取出，放入軋環(huán)機(jī)孔型內(nèi)軋制成形，軋制過(guò)程中環(huán)件與軋輥間保持良好的潤(rùn)滑，通過(guò)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)件毛坯經(jīng)過(guò)多轉(zhuǎn)軋制變形且直徑擴(kuò)大到預(yù)定尺寸時(shí)，最終成為規(guī)定形狀尺寸的環(huán)件鍛件。
環(huán)件鍛件軋制成形如圖3、圖4所示，在驅(qū)動(dòng)輥1的旋轉(zhuǎn)軋制運(yùn)動(dòng)和直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)作用下，環(huán)件毛坯2連續(xù)地咬入驅(qū)動(dòng)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(guò)多轉(zhuǎn)反復(fù)軋制變形，使環(huán)件毛坯直徑擴(kuò)大到與信號(hào)輥5接觸時(shí)，則達(dá)到了規(guī)定形狀尺寸(即預(yù)定尺寸)的環(huán)件鍛件，這時(shí)環(huán)件軋制過(guò)程結(jié)束。圖4中導(dǎo)向輥3的作用是保證軋制過(guò)程平穩(wěn)。
對(duì)于環(huán)件鍛件軋制成形，設(shè)計(jì)如圖4所示的半封閉孔型，該孔型的驅(qū)動(dòng)輥直徑較閉式孔型的小，也不要求軋環(huán)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(kāi)始前，要保證環(huán)件毛坯在孔型中的準(zhǔn)確定位。要保證良好的潤(rùn)滑和冷卻，以防止芯輥回火軟化。
工藝參數(shù)環(huán)件鍛件軋制工藝參數(shù)主要包括軋制溫度、軋制進(jìn)給速度和軋制比。通過(guò)研究和試驗(yàn)，鋼鐵材料環(huán)件軋制溫度為1200℃～800℃。實(shí)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。環(huán)件毛坯軋制前加熱應(yīng)嚴(yán)格控制加熱溫度、保溫時(shí)間，保溫時(shí)間根據(jù)環(huán)件壁厚按(1～2)分鐘/毫米計(jì)算確定，以保證環(huán)件毛坯整體均勻熱透，并防止過(guò)熱和過(guò)燒。
為了保證鍛透并減小端面魚(yú)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(jì)算υ=f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>式中，υ為軋制進(jìn)給速度；n1為驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速；R1，R2分別為驅(qū)動(dòng)輥工作面半徑和環(huán)件大孔部分對(duì)應(yīng)的芯輥工作面半徑；R，r分別為環(huán)件鍛件外半徑和內(nèi)半徑，R＝D/2，r＝ds/2；f取0.05～0.4，為環(huán)件與軋制孔型之間的摩擦系數(shù)。
通過(guò)計(jì)算確定軋制速度為4mm/s。
4).環(huán)件鍛件機(jī)械切削加工成產(chǎn)品(內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件)。
權(quán)利要求
1.內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件軋制成形的方法，其特征在于它包括如下步驟1).下料將棒材鋸切成料段，料段長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝(1～5)(Bb+Bs)，Bb為環(huán)件鍛件大孔部分的軸向尺寸，Bs為環(huán)件鍛件小孔部分的軸向尺寸，料段直徑根據(jù)環(huán)件鍛件體積與料段體積相等條件確定；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；環(huán)件毛坯外圓邊緣與水平面成傾斜角α，α＝0°～20°；環(huán)件毛坯大孔部分的軸向尺寸為Bb0＝Bb+c，環(huán)件毛坯小孔部分的軸向尺寸為Bs0＝Bs-c，c＝0～0.3(Bb+Bs)；環(huán)件毛坯的大孔直徑為db0=dbK,]]>軋制比為K＝1.5～5，db為環(huán)件鍛件的大孔直徑；根據(jù)環(huán)件鍛件內(nèi)孔臺(tái)階尺寸初選環(huán)件毛坯小孔直徑ds01，ds01＝db0-(db-ds)；根據(jù)環(huán)件鍛件體積與環(huán)件毛坯體積相等條件初定環(huán)件外徑D01，D01=(D2-db2+db02)Bb+(D2-ds2+ds012)BsBb+Bs,]]>D為環(huán)件鍛件的外徑；確定環(huán)件毛坯小孔直徑ds0，ds0＝ds01+2φΔHb2，φ＝1～2為修正系數(shù)，ΔHb2=1R2-1rm1R1+1R2+1Rm-1rm(D01-db02-D-db2),]]>ΔHb2為環(huán)件毛坯大孔部分在軋制中的內(nèi)表面進(jìn)給量，R1、R2分別為驅(qū)動(dòng)輥工作面半徑和環(huán)件毛坯大孔部分對(duì)應(yīng)的芯輥工作面半徑，Rm＝(D01+D)/4為環(huán)件鍛件和毛坯外半徑平均值，rm＝(db0+db)/4為環(huán)件鍛件和環(huán)件毛坯大孔半徑平均值；用ds0代替ds01，D0代替D01，代入上文中D01公式計(jì)算確定環(huán)件毛坯外徑D0，D0為環(huán)件毛坯的外徑；3)軋環(huán)機(jī)軋制成形將環(huán)件毛坯放入加熱爐中加熱，當(dāng)溫度達(dá)到熱變形溫度時(shí)取出，鋼環(huán)件毛坯熱變形溫度為1200℃～800℃，放入軋環(huán)機(jī)孔型內(nèi)軋制成形，軋制過(guò)程中環(huán)件毛坯與軋輥間保持良好的潤(rùn)滑，環(huán)件毛坯經(jīng)過(guò)多轉(zhuǎn)軋制成環(huán)件鍛件；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(jì)算υ=f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>式中，υ為軋制進(jìn)給速度；n1為驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速；R1、R2分別為驅(qū)動(dòng)輥工作面半徑和環(huán)件毛坯大孔部分對(duì)應(yīng)的芯輥工作面半徑；R，r分別為環(huán)件鍛件外半徑和內(nèi)半徑，R＝D/2，r＝ds/2；f為環(huán)件與軋制孔型之間的摩擦系數(shù)，f＝0.05～0.4；4)環(huán)件鍛件機(jī)械切削加工成內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件軋制成形的方法，其特征在于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，鋼鐵材料熱變形溫度為1200℃～800℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件軋制成形的方法。內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件軋制成形的方法，其特征在于它包括如下步驟1)下料；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)軋制成形將環(huán)件毛坯放入加熱爐中加熱，當(dāng)溫度達(dá)到熱變形溫度時(shí)取出，放入軋環(huán)機(jī)孔型內(nèi)軋制成形，軋制過(guò)程中環(huán)件毛坯與軋輥間保持良好的潤(rùn)滑，環(huán)件毛坯經(jīng)過(guò)多轉(zhuǎn)軋制成環(huán)件鍛件；4)環(huán)件鍛件機(jī)械切削加工成內(nèi)臺(tái)階截面環(huán)件。本發(fā)明具有成本低、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B21J1/04GK101053887SQ20071005221
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者華林, 趙玉民, 毛華杰, 錢(qián)東升 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)