[发明专利]一种斜槽截面环件复合进给精密轧制成形方法

说明书

技术领域

本发明属于机械零件塑性加工技术领域，具体涉及一种斜槽截面环件复合进给精密轧制成形方法。

背景技术

斜槽截面环件是一种特殊的环类零件，如图1所示，其轮廓形状为由不同尺寸的上下台阶和中间锥面构成的斜槽。斜槽截面环件作为结构件广泛用于油气管道阀门、航空发动机机匣及结合环中。该类零件应用领域特殊，且多工作在高压、高温、腐蚀等恶劣环境，通常需要通过塑性加工获得良好的服役性能。

目前斜槽截面环件的斜槽型轮廓形状成形十分困难：若采用传统锻造成形方法，需要简化斜槽形状成形，再切削加工出完整斜槽轮廓，不仅能耗高(通常需数千上万吨压力机)、材料利用率低(不到50％)、生产效率低(反复加热锻造、切削量大时长)，而且晶粒粗大、流线不完整；若采用先进的轧环成形方法，如图3所示，虽然技术经济效果有所该善，但是普通轧环为单个进给辊沿单一方向进给，在这种单辊单向进给模式下，轧制过程金属周向流动与径向流动差异很大，导致直径扩大与轮廓成形明显不同步，环件直径尺寸达到时斜槽仍不能充分充型。

综上，无论是传统锻造还是先进轧环成形方法，都无法实现斜槽截面轮廓精密成形，不仅带来大量优质材料和切削工时消耗，更重要的是槽型工作面无法获得充分变形而有效细化晶粒和形成仿形分布的完整流线，从而限制了零件性能提升。

发明内容

针对上述斜槽型截面环件制造现状存在的不足，本发明的目的在于提供一种斜槽截面环件复合进给精密轧制成形方法，它改变普通轧环单辊单向进给模式，采用双辊双向进给和单辊单向进给两种进给模式复合进行轧制成形，通过合理设计工艺参数和控制轧制过程，可以实现斜槽型截面轮廓通过轧制精密成形，有效提高材料利用率、生产效率和零件性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种斜槽截面环件复合进给精密轧制成形方法，包括以下步骤：

S1、环坯设计：

S101、依据塑性变形体积不变原理，考虑环坯加热氧化烧损，取烧损系数ω为3％～5％，确定环坯体积V₀＝(1+ω)V(1)

式中，V为斜槽型截面环件体积；

S102、根据形状相似原则，设计环坯的外轮廓为平滑连接的上下外圆柱面和中间外锥面，其内轮廓与环件内轮廓相似，即具有内圆柱面和内锥面；

S2、轧制孔型设计：轧制孔型设计成闭式孔型，复合轧环过程包含双辊双向进给和单辊单向进给两种进给模式，双辊双向进给轧环阶段，轧制孔型由主进给辊、芯辊和副进给辊工作面组成，单辊单向进给轧环阶段，轧制孔型由主进给辊和芯辊工作面组成：

S201、主进给辊和芯辊工作面设计：主进给辊工作面设计为带有成形环件凹斜槽锥形外表面的凸台，芯辊工作面设计为由圆柱面和锥形面组成；

S202、副进给辊工作面设计：为保证孔型对应，副进给辊型腔结构设计为与主进给辊一致；

S203、信号辊工作面设计：为保证孔型对应，信号辊型腔结构设计为与主进给辊一致；

S3、轧制成形：加工环坯和轧制孔型，在轧制设备上安装好轧制孔型，将环坯置于主进给辊上，调整副进给辊和信号辊位置，按照双辊双向进给和单辊单向进给两种进给模式复合进行轧制：首先采用双辊双向进给模式，主进给辊和副进给辊均以慢速进给，使环坯咬入轧制孔型，并在未锻透情况下产生局部变形，金属主要沿径向流动填充轧辊型腔而成形斜槽；当环坯表面轮廓基本充满轧辊型腔后，停止副进给辊进给，采用单辊单向进给模式，提升主进给辊进给速度，使环件锻透产生直径扩大的整体变形，此时副进给辊紧贴环坯随其直径扩大而向后移动，起普通轧环导向辊作用，当环坯直径扩大至与信号辊接触时，停止主进给辊进给，轧制过程结束。

按上述技术方案，斜槽型截面环件的外轮廓为两个不同外径的上下台阶和中间外锥面，其内轮廓为内圆柱面和内锥面，斜槽型截面环件体积V为：