CN111085638B - 一种t型截面全纤维齿圈的辗轧成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种T型截面全纤维齿圈的辗轧成形方法，包括以下工序：环坯设计：根据锻件尺寸、芯辊尺寸、变形量分配比、变形规律及截面相似原理等对环坯进行设计；下料、加热：根据锻件重量进行下料，加热至始锻温度；制坯：将加热好的坯料进行镦粗、冲圆孔，然后采用异型冲头对坯料两侧面依次进行压台阶，外圆尽量圆整，直至满足设计的各项尺寸，完成制坯；将制好的环坯重新加热至始锻温度，保温一段时间后，在卧式辗环机上进行轧制成型，得到T型截面全纤维齿圈。提高原材料利用率，减小加工余量，缩短产品加工周期，而且所生产齿圈流线性好，工艺简单。

Description

一种T型截面全纤维齿圈的辗轧成形方法
技术领域
本发明属于异型截面环件加工技术领域，涉及一种T型截面全纤维齿圈的辗轧成形方法。
背景技术
T型截面齿圈为典型的上下对称型异型截面环件，广泛应用于石油、风电装备等领域。由于该类环件的辗轧变形规律复杂，辗轧成形难度大，辗轧成形质量难以保证，生产此类环件往往辗成矩形截面环件，然后通过后序的机加来成形，加工余量大，材料利用率低，加工周期长，锻件金属流线性差。所以该类环件的直接辗轧成形技术是当前急需攻克解决的关键技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种T型截面全纤维齿圈的辗轧成形方法，解决了现有T型截面齿圈的生产加工余量大、材料利用率低、锻造流线差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种T型截面全纤维齿圈的成型及辗轧方法，具体包括以下工序：
步骤1.环坯设计：根据锻件尺寸、芯辊尺寸、变形量分配比、变形规律及截面相似原理等对环坯进行设计；
步骤2.下料、加热：根据锻件重量进行下料，加热至始锻温度；
步骤3.制坯：将加热好的坯料进行镦粗、冲圆孔，然后采用异型冲头对坯料两侧面依次进行压台阶，外圆尽量圆整，直至满足设计的各项尺寸，完成制坯；
步骤4.将制好的环坯重新加热至始锻温度，保温一段时间后，在卧式辗环机上进行轧制成型，得到T型截面全纤维齿圈。
本发明的特点还在于：
步骤1中所述环坯的高度H0与锻件高度H相同，环坯内径大于芯辊(3)外径30～50mm，环坯台阶厚度Hm与锻件筋板厚度相一致，以保证环坯台阶能嵌入辗轧孔型。
步骤3中，所采用异型冲头顶部直台高50～80mm，便于夹持，中部斜度为27～35°，底部直台高度Hc与环坯台阶厚度Hm相同，底部直台外径与环坯内径相同。
步骤4中，保温时间由环坯材质及尺寸决定。
步骤4中，轧制的具体方式为：
驱动辊旋转进行轧制运动，芯辊沿直线平稳进给，上锥辊不作轴向进给，只旋转运动，消除鱼尾缺陷，下锥辊只作旋转运动；环坯在各辊的作用下，壁厚逐渐减薄、筋板逐渐填充成型、外径逐渐增大。
芯辊为异型芯辊，与T型截面全纤维齿圈的截面相同，孔型宽度和高度与锻件台阶相一致，孔型上下面斜度为25°，外圆角为R＝50mm，以利于金属流动，便于孔型填充。
芯辊最小工作直径由下式进行校核：
Figure BDA0002331797690000021
式中σca为轴的计算应力，Mca为计算弯矩，W为轴的抗弯截面系数，M为轴所受的弯矩，T为轴所受的扭矩，a为折合系数，d为轴的直径，[σ-1]b为轴的许用弯曲应力。
本发明的有益效果是：
通过驱动辊、芯辊和上下锥辊的配合运动，实现T型截面齿圈锻件的辗轧成形，提高原材料利用率，减小加工余量，缩短产品加工周期，而且所生产齿圈流线性好，工艺简单。
附图说明
图1是本发明齿圈环坯设计结构示意图；
图2是本发明T型截面全纤维齿圈的辗轧成形方法中异型冲头的结构示意图；
图3是本发明T型截面全纤维齿圈的辗轧成形方法的辗轧成形原理图；
图4是本发明T型截面全纤维齿圈的辗轧成形方法中芯辊的结构示意图；
图5是本发明T型截面全纤维齿圈结构示意图。
图中，1.驱动辊，2.环坯，3.芯辊，4.上锥辊，5.下锥辊。
具体实施方式
下面结合附图，并以材质为42CrMoA、规格为Φ1495mm×Φ1220mm×Φ1080mm×360mm×70mm(Df0×df0×df1×H×Hf)的齿圈锻件为例详细说明本发明的具体实施方式。
如图3所示，一种T型截面全纤维齿圈的辗轧成形方法，具体包括以下工序：
步骤1.环坯设计：根据锻件尺寸、芯辊尺寸、变形量分配比、变形规律及截面相似原理等对环坯2进行设计，其中Dm0为1035mm，dmo为600mm，dm1为370mm，H0为360mm，Hm为70mm.
步骤2.下料、加热：根据锻件重量进行下料，加热至850℃保温1～2小时，然后继续升温至始锻温度1150℃，保温2～3小时；
步骤3.制坯：将加热好的坯料进行镦粗、冲圆孔，然后采用异型冲头对坯料两侧面依次进行压台阶，外圆尽量圆整，直至满足设计的各项尺寸，完成制坯；
步骤4.将制好的环坯2热装炉，加热至始锻温度，保温2～3小时，然后在卧式辗环机上进行轧制成型，得到T型截面全纤维齿圈。
如图1所示，步骤1中所述环坯2的高度H0与锻件高度H相同，环坯2内径大于芯辊3外径30～50mm，环坯2台阶厚度Hm与锻件筋板厚度Hf相一致，以保证环坯2台阶能嵌入辗轧孔型。
如图2所示，步骤3中，所采用异型冲头顶部直台高50～80mm，便于夹持，中部斜度为27～35°，底部直台高度Hc与环坯2台阶厚度Hm相同，底部直台外径与环坯2内径相同。
步骤4中，轧制的具体方式为：
驱动辊1旋转进行轧制运动，芯辊3沿直线平稳进给，上锥辊4不作轴向进给，只旋转运动，消除鱼尾缺陷，下锥辊只作旋转运动；环坯2在各辊的作用下，壁厚逐渐减薄、筋板逐渐填充成型、外径逐渐增大。
如图4所示，芯辊3为异型芯辊，其中Ⅰ和Ⅲ部为与辗环机的配合安装部位，随设备不同结构有所差异，第II段为工作段，根据锻件截面形状对该段进行设计，孔型宽度和高度与锻件台阶相一致，孔型上下面斜度为25°，外圆角为R＝50mm，以利于金属流动，便于孔型填充。
芯辊3最小工作直径由下式进行校核：
Figure BDA0002331797690000041
式中σca为轴的计算应力，Mca为计算弯矩，W为轴的抗弯截面系数，M为轴所受的弯矩，T为轴所受的扭矩，a为折合系数，d为轴的直径，[σ-1]b为轴的许用弯曲应力。
通过驱动辊1、芯辊3和上锥辊4、下锥辊5的配合运动，实现T型截面齿圈锻件的辗轧成形，提高原材料利用率，减小加工余量，缩短产品加工周期，而且所生产齿圈流线性好，工艺简单。

Claims (3)

1.一种T型截面全纤维齿圈的辗轧成形方法，其特征在于，具体包括以下工序：
步骤1.环坯设计：根据锻件尺寸、芯辊尺寸、变形量分配比、变形规律及截面相似原理对环坯(2)进行设计,所述环坯(2)的高度H0与锻件高度H相同，环坯(2)内径大于芯辊(3)外径30～50mm，环坯(2)台阶厚度Hm与锻件筋板厚度Hf相一致，以保证环坯(2)台阶能嵌入辗轧孔型，所述芯辊(3)为异型芯辊，与T型截面全纤维齿圈的截面相同，孔型宽度和高度与锻件台阶相一致，孔型上下面斜度为25°，外圆角R＝50mm，以利于金属流动，便于孔型填充；
步骤2.下料、加热：根据锻件重量进行下料，加热至始锻温度；
步骤3.制坯：将加热好的坯料进行镦粗、冲圆孔，然后采用异型冲头对坯料两侧面依次进行压台阶，外圆尽量圆整，直至满足设计的各项尺寸，完成制坯,采用异型冲头顶部直台高50～80mm，便于夹持，中部斜度为27～35°，底部直台高度Hc与环坯(2)台阶厚度Hm相同，底部直台外径与环坯(2)内径相同；
步骤4.将制好的环坯(2)重新加热至始锻温度，保温一段时间后，在卧式辗环机上进行轧制成型，轧制的具体方式为：
驱动辊(1)旋转进行轧制运动，芯辊(3)沿直线平稳进给，上锥辊(4)不作轴向进给，只旋转运动，消除鱼尾缺陷，下锥辊(5)只旋转运动；环坯(2)在各辊的作用下，壁厚逐渐减薄、筋板逐渐填充成型、外径逐渐增大；
得到T型截面全纤维齿圈。
2.根据权利要求1所述的一种T型截面全纤维齿圈的辗轧成形方法，其特征在于，步骤4中，保温的时间由环坯(2)材质及尺寸决定。
3.根据权利要求1所述的一种T型截面全纤维齿圈的辗轧成形方法，其特征在于，所述芯辊(3)最小工作直径由下式进行校核：
Figure FDA0003351036990000021
式中σca为轴的计算应力，Mca为计算弯矩，W为轴的抗弯截面系数，M为轴所受的弯矩，T为轴所受的扭矩，a为折合系数，d为轴的直径，[σ-1]b为轴的许用弯曲应力。
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