一種球閥閥體復(fù)合軋環(huán)成形方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種球閥閥體復(fù)合軋環(huán)成形方法，其特征在于包括如下步驟：1)環(huán)坯設(shè)計(jì)，根據(jù)鍛件尺寸，計(jì)算環(huán)坯體積，設(shè)計(jì)軋比，確定環(huán)坯尺寸；2)孔型設(shè)計(jì)，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)鍛件和環(huán)坯尺寸，確定主軋輥、芯輥和副軋輥工作面形狀尺寸；3)軋制成形，通過控制主軋輥進(jìn)給速度和副軋輥工作位置，按表面橫軋、軋環(huán)和整形三個階段對環(huán)坯進(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】一種球閥閥體復(fù)合軋環(huán)成形方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械裝備制造領(lǐng)域，具體涉及一種球閥閥體復(fù)合軋環(huán)成形方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 球閥是一種典型的閥類零件，廣泛用于石油、化工、水利、電力等行業(yè)，是能源裝備 的關(guān)鍵零件，對裝備安全可靠性至關(guān)重要。閥體是球閥的核心本體，其外表面為球面，帶有 圓形通孔，是一種具有球面輪廓的環(huán)類零件。球閥工作條件惡劣，質(zhì)量要求高，閥體通常需 要鍛造成形來保障其機(jī)械性能。目前，球閥閥體通常采用傳統(tǒng)自由鍛工藝成形，在壓機(jī)上先 鍛制環(huán)坯，再利用球形模具和芯軸，使環(huán)坯擴(kuò)孔，并成形球面輪廓。該工藝過程中，需要反復(fù) 加熱鍛造，能耗高、效率低、勞動強(qiáng)度大，而且成形精度和表面質(zhì)量差，導(dǎo)致后續(xù)切削消耗大 量工時和材料，生產(chǎn)成本高。少數(shù)采用軋環(huán)工藝成形球閥閥體，由于具有異形截面和小軋制 比特點(diǎn)，乳環(huán)過程中輪廓充型與直徑擴(kuò)大不同步，當(dāng)孔徑達(dá)到時球面輪廓不能完整成形。因 此，采用軋環(huán)工藝時，需要在壓機(jī)上先鍛制環(huán)坯、然后利用模具預(yù)成形表面形狀，最后再軋 環(huán)成形，工序多，操作復(fù)雜，同樣造成大量能源和時間消耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述球閥閥體制造現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種球閥閥體復(fù)合軋環(huán)成形 方法，利用表面橫軋和軋環(huán)復(fù)合，合理設(shè)計(jì)工藝參數(shù)和控制軋制過程，使球閥閥體通過連續(xù) 局部變形而一次成形，并獲得完整的球面輪廓，從而有效減少能耗，提高生產(chǎn)效率，降低生 產(chǎn)成本。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種球閥閥體復(fù)合軋環(huán)成形方 法，其特征在于包括如下步驟 ：
[0005] 1)環(huán)坯設(shè)計(jì)
[0006] 環(huán)坯為矩形截面，其尺寸按如下步驟確定：
[0007] (1)確定環(huán)坯體積
[0008] 首先按下式計(jì)算鍛件體積 7B3J
[0009] V-πBR] -ππBr1
[0010] 其中，Rs、B、r分別為鍛件的球面半徑、高度和內(nèi)孔半徑；r=l/2d(d為鍛件的內(nèi) 孔直徑）；
[0011] 依據(jù)塑性變形體積不變原理，考慮環(huán)坯加熱氧化燒損，取燒損系數(shù)α為3%?5% (即α為〇· 03?0· 05)，確定環(huán)述體積為V。= (1+α)V;
[0012] (2)確定軋比
[0013] 軋比k是指鍛件與環(huán)坯截面積之比，S卩k=Sq/s，
[0014] 其中Stl為環(huán)坯截面積，Stl =(Vrci)Bci，式中IVBdtl分別為環(huán)坯的外半徑、高度和 內(nèi)孔半徑；Rtl = 1/2D。（為Dtl環(huán)坯的外直徑），rQ = 1/2dQ(為dQ環(huán)坯的外直徑）；
[0015] s為鍛件截面積，λ· -R;arcsin^^0.5B^R： ^025B1 +B(^R; ^(U5B2 ^?; IKs
[0016] 軋比反映了軋制變形程度和軋制效率，為使環(huán)坯獲得充分變形細(xì)化組織，同時考 慮軋制效率，k通常取1. 2?3 ;
[0017] (3)確定環(huán)坯尺寸
[0018] 由于采用閉式孔型，取環(huán)坯高度與鍛件高度相等，即Btl =B;
[0019] 根據(jù)環(huán)坯體積、高度和軋比，確定環(huán)坯內(nèi)半徑 V0ks
[0020] rO=Tl- - ^ I^ks2B0
[0021] 則環(huán)坯外半徑 DV() ks
[0022] R^=TT+Tr^ 2mL· 2B0
[0023] 2)軋制孔型設(shè)計(jì)
[0024] 本發(fā)明復(fù)合軋環(huán)過程包含表面橫軋和普通軋環(huán)兩階段；表面橫軋階段，乳制孔型 由主軋輥和兩個副軋輥工作面組成；普通軋環(huán)階段，乳制孔型是由主軋輥和芯輥工作面組 成；主軋輥、芯輥和兩個副軋輥工作面分別按如下設(shè)計(jì)：
[0025] (1)主軋輥工作面
[0026] 主軋輥采用閉式結(jié)構(gòu)，其工作面為球面；
[0027] 主軋輥球面半徑Rsm =Rs
[0028] 主乳棍工作面高度Bm =B+(1?4)mm
[0029] 為保證軋制過程穩(wěn)定，主軋輥線速度vm通常?。↖. 0?I. 2)m/s，根據(jù)主軋輥線速 度可確定其最大工作面半徑 V
[0030] -
[0031] 其中，電機(jī)轉(zhuǎn)速η,傳動比η,主軋輥轉(zhuǎn)速《?=3 5 fI
[0032] 【說明：η為變速箱的傳動比，對于已給定的變速箱，η為定值，當(dāng)變速箱未確定 時，可以選擇合適的傳動比Π，保證主軋輥線速度Vm在（1.0?1.2)m/s即可】
[0033] 主軋輥?zhàn)钚」ぷ髅姘霃?br> [0034] ......脊）
[0035] 通過在主軋輥上設(shè)計(jì)上下側(cè)壁形成閉式孔型，為防止軋制過程中主軋輥和芯輥干 涉，側(cè)壁徑向?qū)挾炔荒艽笥阱懠嗣姹诤瘢?br>
【權(quán)利要求】
1. 一種球閥閥體復(fù)合軋環(huán)成形方法，其特征在于包括如下步驟： 1) 環(huán)坯設(shè)計(jì) 環(huán)坯為矩形截面，其尺寸按如下步驟確定： (1) 確定環(huán)坯體積 首先按下式計(jì)算鍛件體積
其中，RS、B、r分別為鍛件的球面半徑、高度和內(nèi)孔半徑； 依據(jù)塑性變形體積不變原理，考慮環(huán)坯加熱氧化燒損，取燒損系數(shù)α為3%?5%，確 定環(huán)述體積為V。= (1+α ) V ; (2) 確定軋比 軋比k是指鍛件與環(huán)坯截面積之比，即k = S(l/s，
其中Stl為環(huán)坯截面積，Stl = (Rcrrtl)Btl，式中IVBdci分別為環(huán)坯的外半徑、高度和內(nèi)孔 半徑； s為鍛件截面積， k通常取1. 2?3 ; (3) 確定環(huán)坯尺寸 由于采用閉式孔型，取環(huán)坯高度與鍛件高度相等，即Btl = B ; 根據(jù)環(huán)坯體積、高度和軋比，確定環(huán)坯內(nèi)半徑
則環(huán)坯外半徑
2) 軋制孔型設(shè)計(jì) 復(fù)合軋環(huán)過程包含表面橫軋和普通軋環(huán)兩階段；表面橫軋階段，乳制孔型由主軋輥和 兩個副軋輥工作面組成；普通軋環(huán)階段，乳制孔型是由主軋輥和芯輥工作面組成；主軋輥、 芯輥和兩個副軋輥工作面分別按如下設(shè)計(jì) ： (1)主軋輥工作面 主軋輥采用閉式結(jié)構(gòu)，其工作面為球面； 主軋輥球面半徑Rsm = Rs 主軋輥工作面高度Bm = B+(1?4) mm 主乳棍線速度vm通常?。↖. 〇?I. 2)m/s，根據(jù)主乳棍線速度可確定其最大工作面半徑
其中，電機(jī)轉(zhuǎn)速n，傳動比η，主軋輥轉(zhuǎn)速
主軋輥?zhàn)钚」ぷ髅姘霃?br> 通過在主軋輥上設(shè)計(jì)上下側(cè)壁形成閉式孔型，側(cè)壁徑向?qū)挾炔荒艽笥阱懠嗣姹诤瘢?即
一般取
Lmu為主軋輥側(cè)壁徑向?qū)挾龋? 王乳棍下側(cè)壁覽度Lml = Lmu，Bmu = Bml = (0. 1?0. 3)B ;Bmu為王乳棍上側(cè)壁商度，Bnd 為下側(cè)壁高度； (2) 芯輥工作面 芯輥工作面高度Bi = B+(20?80) mm 芯輥工作面半徑Ri需滿足：
其中，摩擦角β = arctany，μ為摩擦系數(shù)； 芯輥半徑Ri還需滿足： Ri ^ r〇-10 ； (3) 副軋輥工作面 副軋輥型腔球面半徑Rs。= Rs 副乳棍型腔高度B。= Bm+(1?4) mm 副軋輥?zhàn)钚」ぷ髅姘霃絉cl = (〇. 3?0. 7) Rnd 副軋輥上下腔寬度可取Leu = Lcd = (1. 5?3)Lmu，副軋輥上、下側(cè)壁高度可取 Bcu= Bcl = (0· 1 ?0· 3)B ; 兩個副軋輥分別布置于芯輥下方左右兩側(cè)，其圓心與芯輥圓心的連線與堅(jiān)直線夾角 91和θ2通常為50°?70° ;軋制過程中，針對不同階段變形特點(diǎn)，左、右副軋輥位置布置 不同；表面橫乳階段，兩個副乳棍對稱布置于芯棍左右兩側(cè)，其角度QpQ 2均為60° ;普通 軋環(huán)階段，右副軋輥角度92略大于左副軋輥，右副軋輥角度θ2可取65°?70°，左副軋 輥角度S 1可取50°?55° ; 3)乳制成形 按上述方法設(shè)計(jì)加工環(huán)坯和軋制孔型，將軋制孔型安裝于軋制設(shè)備內(nèi)，將環(huán)坯放置于 芯輥上，通過控制左、右副軋輥位置和主軋輥進(jìn)給速度，按表面橫軋、乳環(huán)和整形三個階段 對環(huán)坯進(jìn)行軋制成形；第一階段：控制左、右副軋輥位置呈不對稱分布，使環(huán)坯進(jìn)入主軋輥 和左、右副軋輥構(gòu)成的軋制孔型，對環(huán)坯進(jìn)行表面橫軋，控制主軋輥慢速進(jìn)給，消除環(huán)坯初 始壁厚差和橢圓度，使其表面輪廓充型；第二階段，當(dāng)環(huán)坯表面輪廓充滿軋輥型腔后，控制 左、右副軋輥位置呈對稱分布，使環(huán)坯進(jìn)入主軋輥和芯輥構(gòu)成的軋制孔型，對其進(jìn)行軋環(huán)， 控制主軋輥快速進(jìn)給速度，使環(huán)件產(chǎn)生整體變形而擴(kuò)大直徑；第三階段，當(dāng)環(huán)坯外表面即將 貼合副軋輥型腔內(nèi)表面時，控制主軋輥以較低速進(jìn)給，對環(huán)坯進(jìn)行整形軋制，消除環(huán)坯變形 產(chǎn)生的壁厚差，降低環(huán)坯變形速度，直至其與副軋輥型腔完全貼合后，停止進(jìn)給，乳制過程 結(jié)束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球閥閥體復(fù)合軋環(huán)成形方法，其特征在于：步驟3)中， 第一階段：慢速進(jìn)給速度V,
第二階段：快速進(jìn)給速度A = (1. 5?Sh1 第三階段：較低速進(jìn)給速度V3 = (〇. 1?〇. 5) mm/s。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球閥閥體復(fù)合軋環(huán)成形方法，其特征在于：步驟2)中， 主軋輥尺寸還需滿足以前要求：
Rml+Rsm_r+Ri > Smin 其中，Hniax為環(huán)坯最大壁厚和環(huán)件最大壁厚中的較大值，Sniax為設(shè)備最大閉合中心距， Smin為設(shè)備最小閉合中心距。
【文檔編號】B21H1/06GK104226868SQ201410494443
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】華林, 鄧加?xùn)|, 錢東升, 汪小凱 申請人:武漢理工大學(xué)