[发明专利]径-轴向辗环实验测试装置与实验测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种径-轴向辗环实验测试装置与实验测试方法，用于室温环境下进行软金属材料小型环件的轧制，获得轴向轧制力、轴向轧制力矩以及径向轧制力、径向轧制力矩等力能参数，为制定大型环件轧制工艺、环件轧制理论研究创造实验条件。

背景技术

大型环件轧制是借助径-轴向辗环机使环件产生连续局部塑性变形，进而实现壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。该工艺适用于生产各种形状和尺寸的环形机械零件，如轴承环、齿圈、法兰、轮毂、薄壁筒形件、风电法兰、高颈法兰等各类无缝环形锻件。由于径-轴向轧制技术具有节能、节材、高效、优质等技术经济优点，大幅度降低了高性能大型环件的生产成本，受到各行业的广泛关注。

径-轴向辗环机设备体积大，无法直接获取相关力能参数，只能通过设备的液压系统压力值及电机的电压值、电流值等参数间接获取。由于液压泄露、摩擦等因素的干扰，会使间接获取的参数存在较大的误差，给研究工作带来诸多影响。同时利用径-轴向辗环机进行实验成本高，实验难度大，无法开展大量的实验研究。对于径-轴向辗环研究较少，不仅是因为径轴向辗环工艺较径向辗环受力情况复杂，缺少实验设备是限制其深入研究的最大瓶颈。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术的缺点，提供一种径-轴向辗环实验测试装置与实验测试方法，用于室温环境下进行软金属材料小型环件的轧制，获得轴向轧制力、轴向轧制力矩以及径向轧制力、径向轧制力矩等力能参数，为制定大型环件轧制工艺、环件轧制理论研究创造实验条件。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

径-轴向辗环实验测试装置，包括径向轧制机构、轴向轧制机构以及机座，所述的径向轧制机构和轴向轧制机构均活动连接在机座上；所述的径向轧制机构主要包括主辊装置、芯辊装置、两套检测装置Ⅰ、两套驱动装置Ⅰ，所述的主辊装置和芯辊装置分别与两套检测装置Ⅰ相连，所述的两套驱动装置Ⅰ分别驱动芯辊装置水平运动和主辊装置轴向转动；所述的轴向轧制机构包括上锥辊装置、下锥辊装置、上锥辊滑块装置、三套检测装置Ⅱ、四套驱动装置Ⅱ和轴向机构机架，所述的上锥辊装置位于上锥辊滑块装置上，所述的上锥辊滑块装置、下锥辊装置分别与轴向机构机架相连，上锥辊装置、下锥辊装置和上锥辊滑块装置分别与三套检测装置Ⅱ相连，所述的四套驱动装置Ⅱ分别驱动上锥辊装置、下锥辊装置做转动，上锥辊滑块装置做垂直运动，轴向机构机架做水平运动。

所述的径向轧制机构和轴向轧制机构均通过导轨滑块安装在机座。

所述的主辊装置包括主辊和主辊座，所述的主辊安装在主辊座上，主辊座与机座固定连接；所述的两套检测装置Ⅰ包括扭矩传感器Ⅰ，压力传感器Ⅰ；所述的两套驱动装置Ⅰ包括伺服电机Ⅰ和伺服电机Ⅱ；所述的伺服电机Ⅱ通过伺服减速机、联轴器与扭矩传感器Ⅰ相连；所述的扭矩传感器Ⅰ通过联轴器与主辊相连；

所述的芯辊装置包括芯辊和芯辊支架，所述的芯辊安装于芯辊支架上，芯辊支架通过导轨滑块安装在机座上；所述的芯辊支架通过联轴器、丝杠与伺服电机Ⅰ相连，所述的伺服电机Ⅰ驱动芯辊支架做水平运动；所述的丝杠通过丝杠螺母与压力传感器Ⅰ相连。

所述的三套检测装置Ⅱ包括扭矩传感器Ⅱ、扭矩传感器Ⅲ、压力传感器Ⅱ；所述的四套驱动装置Ⅱ包括伺服电机Ⅲ、伺服电机Ⅳ、伺服电机Ⅴ和伺服电机Ⅵ；所述的上锥辊滑块通过导轨滑块与轴向机构机架相连，所述的上锥辊滑块通过丝杠在伺服电机Ⅲ的驱动下垂直运动；所述的丝杠通过丝杠螺母与压力传感器Ⅱ相连。

所述的上锥辊装置包括上锥辊，所述的上锥辊通过联轴器连接扭矩传感器Ⅱ，所述的扭矩传感器Ⅱ通过联轴器和伺服减速机与伺服电机Ⅳ相连，所述伺服电机Ⅳ的驱动上锥辊转动。

所述的下锥辊装置包括下锥辊，所述的下锥辊通过联轴器连接扭矩传感器Ⅲ，所述的扭矩传感器Ⅲ通过联轴器和伺服减速机与伺服电机Ⅴ相连，所述的伺服电机Ⅴ驱动下锥辊转动。

所述的伺服电机Ⅵ通过联轴器和伺服减速机与丝杠相连，所述的丝杠通过丝杠螺母与轴向机构机架相连。

所述的下锥辊装置安装在轴向机架上，不可垂直运动。

所述轴向轧制机构通过丝杠在伺服电机的驱动下水平运动。轴向轧制机构产生的轴向轧制力矩通过扭矩传感器得到，轴向轧制力通过丝杠螺母连接的压力传感器测量得到。

径向轧制机构上安装有扭矩传感器和压力传感器，用于检测轧制过程中产生的径向轧制力和径向轧制力矩。轴向轧制机构上安装有扭矩传感器和压力传感器，用于检测轧制过程中产生的轴向轧制力和轴向轧制力矩。