CN116393631A - 一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法 - Google Patents
一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法，应用在环件轧制成形加工领域，其技术方案要点是：首先，确定环坯相对轧辊的初始位置；其次，在卧式径轴双向精密环轧机上进行锥辊端轧制坯；最后，由锥辊端轧制坯过程无缝转向径向异形环轧过程；具有的技术效果是：锥辊端轧制坯过程与异形环轧过程连续进行，仅需一火次及一套环轧模具即可实现大型轴承套圈锻件的精确、优质、高效、绿色、低成本成形制造。
Description
技术领域
本发明涉及环件轧制成形加工领域，特别涉及一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法。
背景技术
大型轴承作为连接动力***的关键部件，在风电、盾构机、航空、航天等高端装备制造领域具有广泛而重大的战略需求。而大型轴承套圈作为大型轴承的主体结构，对轴承的整体性能、服役寿命等起着至关重要的作用。因此，大型轴承套圈的高性能成形制造，是保证大型轴承最终质量与性能的关键。然而，由于大型轴承套圈构件外径尺寸大、截面型槽滚道深、对流线分布要求高，实际生产中常面临套圈型槽滚道深度不到位、流线分布不合理、工艺流程长、能源消耗大、成本高等挑战，因此迫切需要发展大型轴承套圈的高性能、高效、低成本先进制造技术。
异形环件辗轧技术，因其具有尺寸精度高、组织性能好、流线随形分布、生产效率高和节能节材等优势，已成为大型轴承套圈等复杂异形截面环件整体成形制造的首选技术。而对于大型轴承套圈异形环件轧制，首先需要制备一个合适的坯料。现有的制坯方法，主要有两种：
(1) 采用矩形环轧技术，制备矩形截面的环坯。这种制坯方法，需要制备的矩形截面坯料具有较大的壁厚，这样才能有足够的变形程度，确保大型轴承套圈的深沟槽滚道能通过异形环轧精确成形出来，而不出现滚道深度不到位的缺陷。但这种方法制备的环坯壁厚大，因而内孔直径较小，常受到芯辊直径尺寸的约束限制。因为采用小直径芯辊轧制，芯辊容易断裂、使用寿命有限，同时芯辊侧变形区较小，坯料参与变形的金属少，不利于环坯咬入轧制孔型产生充分塑性变形，从而最终影响环轧成形的稳定性和产品最终质量与性能。
(2) 采用异形环轧技术，制备预成形中间坯。这种制坯方法，通常需要增设一套预成形轧辊模具，将矩形截面环坯预成形出具有与目标轴承套圈截面相似的中间坯。然后基于该预成形中间坯，通过异形环件终轧精确成形出轴承套圈的深沟槽滚道。显然，这种方法需要增加预成形轧辊模具，成本更高，同时需要增加一个工步和火次，工艺流程更长，能源消耗更大，生产周期也更长，不符合低成本绿色制造的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法，其优点是锥辊端轧制坯过程与异形环轧过程连续进行，仅需一火次及一套环轧模具即可实现大型轴承套圈锻件的精确、优质、高效、绿色、低成本成形制造。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法，包括：
步骤1、确定环坯相对轧辊的初始位置：确定卧式径轴双向精密环轧机***中主辊与初始矩形截面环坯的初始距离X1，以及初始矩形截面环坯与芯辊的初始距离X2，从而确保在锥辊端轧过程中，主辊和芯辊与初始矩形截面环坯不接触发生作用，矩形截面环坯仅在锥辊轧制作用下，产生上下端面聚料的效果，完成锥辊轴向端轧制坯过程；
步骤2、锥辊轴向端轧制坯：加热初始矩形截面环坯至成形温度，然后将其放置于卧式径轴双向精密环轧机工作台面上，保持步骤1确定的初始矩形截面环坯与各轧辊的相对位置关系，开始进行锥辊轴向端轧制坯；
步骤3、径向异形环轧成形大型轴承套圈锻件：无需转移中间坯，直接在环轧机上进行径向异形环轧获得所需的大型轴承套圈锻件。
本发明进一步设置为：步骤2中的所述的锥辊轴向端轧制坯过程，各轧辊的运动如下：
主辊在电机驱动下绕其固定轴以某转速恒速转动，芯辊保持静止不动；上锥辊和下锥辊在电机驱动下绕其轴线旋转，同时上锥辊做轴向分阶段进给运动，挤压初始矩形截面环坯的上端面；初始矩形截面环坯则在上下锥辊与其端面间摩擦力的驱动下旋转，产生端面轧制变形，高度逐渐减小，上下端面产生集料效果导致壁厚增大，当其高度达到目标大型轴承套圈高度时，锥辊轴向端轧制坯过程结束，最终形成后续异形环轧用中间坯；在锥辊轴向端轧制坯过程中，抱辊始终在液压装置作用下将初始矩形截面环坯抱紧，以保证轧制过程的稳定性，同时保证环件具有良好的圆度。
本发明进一步设置为：步骤2中所述的锥辊轴向端轧过程中，上锥辊的轴向分阶段进给运动过程包括：
步骤2.1、起轧阶段：在起轧阶段过程中，上锥辊的轴向进给速度设计为以三次多项式函数的变化形式由VA0逐渐增大至VAmax，轴向进给量S由0增大至起轧阶段结束时的进给量S1；
所述的锥辊轴向端轧制坯过程中，上锥辊的总轴向进给量Sf通过下式(1)确定：
上式(1)中：H0为初始矩形截面环坯的高度、Hf为目标大型轴承套圈环件的高度；
所述的起轧阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K1为：
则起轧阶段结束时上锥辊的轴向进给量S1通过式(3)确定：
所述的起轧阶段过程中上锥辊的轴向进给速度VA1用三次多项式函数表达为：
式(4)中：VA1为起轧阶段过程中上锥辊的轴向进给速度；S为上锥辊的轴向进给量；a1、b1、c1、d1分别为三次多项式函数的四个系数，分别为：
式(5)中：VA0为起轧阶段过程中上锥辊的初始轴向进给速度；VAmax为起轧阶段过程中上锥辊的最大轴向进给速度；S1为起轧阶段结束时的上锥辊轴向进给量；
步骤2.2、稳轧阶段：在所述的稳轧阶段过程中，上锥辊的轴向进给速度设计为常数VAmax，轴向进给量S由S1增大至稳轧阶段结束时的进给量S2；
所述的稳轧阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K2为：
则稳轧阶段结束时上锥辊的轴向进给量S2通过式(7)确定：
所述的稳轧阶段过程中上锥辊的轴向进给速度VA2为常数，可表达为：
式(8)中：VAmax为稳轧阶段过程中所设定的上锥辊的轴向进给速度，也是起轧阶段上锥辊的最大进给速度；
步骤2.3、减速阶段：在所述的减速阶段过程中，上锥辊的轴向进给速度设计为三次多项式函数的变化形式由VAmax减小至VAmin，轴向进给量S由S2增大至减速阶段结束时的进给量S3；
所述的减速阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K3为：
则减速阶段结束时上锥辊的轴向进给量S3通过式(10)确定：
所述的减速阶段过程中上锥辊的轴向进给速度VA3用三次多项式函数表达为：
式(11)中：VA3为减速阶段过程中上锥辊的轴向进给速度；S为上锥辊的轴向进给量；a2、b2、c2、d2分别为三次多项式函数的四个系数，分别为：
式(12)中：VAmin为所述减速阶段上锥辊的最小轴向进给速度；VAmax为所述稳轧阶段过程中上锥辊的轴向进给速度；S2为所述稳轧阶段结束时上锥辊的轴向进给量；S3为减速阶段结束时上锥辊的轴向进给量；
步骤2.4、整圆定高阶段：在所述的整圆定高阶段过程中，上锥辊轴向进给速度设计为常数VAmin，轴向进给量S由S3增大至总轴向进给量Sf；
所述的整圆定高阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K4为：
所述的整圆定高阶段过程中上锥辊的轴向进给速度VA4为常数VAmin，可表达为：
式(14)中：VAmin为所述整圆定高阶段过程中所设定的上锥辊的轴向进给速度；
根据上述确定的锥辊轴向端轧成形阶段及各阶段结束时的轴向进给量，建立了上锥辊的轴向进给速度方程如式(15)所示：
式(15)中：S为上锥辊的瞬时轴向进给量；三次多项式函数的系数a1、b1、c1、d1和a2、b2、c2、d2由式(5)和(12)确定。
本发明进一步设置为：所述的占比K1、K2、K3以及K4为上述各个阶段在锥辊轴向端轧全过程中所占的比例：设锥辊轴向端轧全过程为100%，给定起轧阶段的占比K1取值范围为15%~35%、稳轧阶段占比K2取值范围为40%~60%、减速阶段的占比K3取值范围为5%~15%、整圆定高阶段的占比K4取值范围为5%~15%，四个占比满足K1+K2+K3+K4=100%。
本发明进一步设置为：在步骤3中：主辊保持上述转速继续做恒速转动；芯辊以0.1~2.0mm/s的速度做直线进给运动；上锥辊停止下压，仅做随成形环件直径长大的后撤运动以及绕自身轴线的旋转运动；该过程中抱辊与成形环件始终保持接触，以保证轧制过程的稳定性与良好的环件圆度；随着芯辊的不断进给，成形环件高度不变，直径逐渐增大，环件截面轮廓根据芯辊型面逐渐成形，当成形环件直径达到目标大型轴承套圈环件尺寸时，轧制过程结束，获得所需要的大型轴承套圈锻件。
本发明进一步设置为：所述的卧式径轴双向精密环轧机***中的主辊为直壁矩形截面轧辊；芯辊是与最终所成形的大型轴承套圈环件内截面轮廓相匹配的异形截面轧辊；抱辊为直壁矩形截面轧辊；锥辊为具有一定锥度的平锥辊。
本发明进一步设置为：在步骤1中，一般X1取5~50mm，X2取5~30mm。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.降低能耗：本方法局部塑性成形特点，成形载荷小；将锥辊轴向端轧制坯过程与径向异形环轧过程无缝衔接，减少了加工工序和火次，工艺流程缩短，并降低了能源损耗；
2.节约成本：本方法仅需一套轧辊模具，即可实现大型轴承套圈锻件的近净成形，后续切削余量小，大大提高了材料利用率，从而显著降低了大型轴承套圈锻件的生产制造成本；
3.成形效果好：本方法利用锥辊轴向端轧成形，实现了初始矩形截面环坯上下端面的聚料，形成了后续异形环轧的中间坯，有效解决了轴承套圈滚道深度不到位、成形环件端面不平整等问题；
4.成形质量高：本方法可获得随形分布的金属纤维流线，显著提高大型轴承套圈锻件滚道的耐磨性和抗应力耐蚀的能力，从而有利于提高了大型轴承的服役性能和使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中大型轴承套圈环件形状尺寸示意图；
图2为本发明实施例中初始矩形截面环坯形状尺寸示意图；
图3为本发明中锥辊端轧制坯过程起始时刻初始矩形截面环坯2与各轧辊的相对位置示意图；其中，X1为主辊1与初始矩形截面环坯2的初始距离，X2为初始矩形截面环坯2与芯辊3的初始距离；
图4为本发明实施例中锥辊轴向端轧制坯过程有限元模型及各轧辊的运动示意图；
图5为本发明中大型轴承套圈锻件成形过程示意图；
图6为本发明锥辊端轧制坯过程中上锥辊4-1轴向进给速度随进给量变化的曲线示意图；
图7为本发明实施例中锥辊端轧制坯过程中上锥辊4-1轴向进给速度随进给量变化的曲线示意图；
图8为本发明实施例中利用有限元数值模拟得到的大型轴承套圈锻件截面变形过程示意图；
图9为本发明实施例中利用有限元数值模拟得到的大型轴承套圈锻件成形过程中成形环件的半径与高度随轧制时间变化的曲线图；
图10为本发明的流程框图。
附图标记：1、主辊；2、初始矩形截面环坯；3、芯辊；4-1、上锥辊；4-2、下锥辊；5-1、第一抱辊；5-2、第二抱辊；7、中间坯；8、大型轴承套圈锻件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例：
本实施例中，所成形的大型轴承套圈环件的形状尺寸如图1所示，大型轴承套圈环件的外径为Df=884.3mm、最小内径为df=756.2mm、高度为Hf=287.4mm、内径处滚道顶点到上端面距离为h=5mm、滚道半径为r=401mm，所设计的初始矩形截面环坯2的形状尺寸如图2所示，其外径为D0=531mm、内径为d0=288.6mm、高度为H0=330mm，环件使用材料为42CrMo，成形温度为1020℃。
本实施的具体过程如下：
参考图10，步骤1、确定环坯相对轧辊的初始位置。
所述的确定环坯相对轧辊的初始位置，即确定如图3所示的卧式径轴双向精密环轧机***中主辊1与初始矩形截面环坯2的初始距离X1，以及初始矩形截面环坯2与芯辊3的初始距离X2，一般X1取5~50mm，X2取5~30mm，该步骤的目的是确保锥辊端轧制坯过程中，主辊1和芯辊3与初始矩形截面环坯2不接触发生作用，初始矩形截面环坯2仅在锥辊4轧制作用下，产生上下端面聚料的效果，完成锥辊轴向端轧制坯过程。
本实施例中，根据大型轴承套圈环件尺寸与设计要求，确定主辊1与初始矩形截面环坯2的初始距离X1=10mm, 初始矩形截面环坯2与芯辊3间的初始距离X2=5mm。
步骤2、锥辊轴向端轧制坯。
加热初始矩形截面环坯2至成形温度，然后将其放置于卧式径轴双向精密环轧机工作台面上，保持步骤一确定的初始矩形截面环坯2与各轧辊的相对位置关系，开始进行锥辊轴向端轧制坯。
锥辊轴向端轧制坯过程中各轧辊的运动如图4所示，主辊1在电机驱动下绕其固定轴以某转速恒速转动，芯辊3保持静止不动，上锥辊4-1和下锥辊4-2在电机驱动下绕其轴线旋转，同时上锥辊4-1做轴向分阶段进给运动，挤压初始矩形截面环坯2的上端面，初始矩形截面环坯2则在上下锥辊与其端面间摩擦力的驱动下旋转，产生端面轧制变形，高度逐渐减小，上下端面产生集料效果导致壁厚增大，当其高度达到目标大型轴承套圈高度时，锥辊轴向端轧制坯过程结束，最终形成图5中的b图所示的用于后续异形环轧的中间坯7。
在锥辊轴向端轧制坯过程中，抱辊5始终在液压装置作用下将初始矩形截面环坯2抱紧，抱辊5设有两个，分别为第一抱辊5-1以及第二抱辊5-2，两个抱辊5对称设置于初始矩形截面环坯2两端，均在液压装置作用下将初始矩形截面环坯2抱紧，以保证轧制过程的稳定性，同时保证环件具有良好的圆度。
锥辊轴向端轧过程种上锥辊4-1的轴向分阶段进给运动过程，包括起轧阶段、稳轧阶段、减速阶段以及整圆定高阶段，各阶段上锥辊4-1进给速度随其轴向进给量S的变化曲线如图6所示，该曲线的分阶段设计与规划如下所述：
步骤2.1、起轧阶段：
在所述的起轧阶段过程中，上锥辊4-1的轴向进给速度设计为以三次多项式函数的变化形式由VA0逐渐增大至VAmax，轴向进给量S由0增大至起轧阶段结束时的进给量S1。
所述的锥辊轴向端轧制坯过程中，上锥辊4-1的总轴向进给量Sf通过式(1)确定：
式(1)中：H0为初始矩形截面环坯2的高度，Hf为目标大型轴承套圈的高度。
本实施例中，将初始环坯高度H0=330mm和目标高度Hf=287.4mm代入式(1)，计算得到上锥辊4-1的总轴向进给量Sf=42.6mm。
起轧阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K1为：
则起轧阶段结束时的上锥辊4-1的轴向进给量S1通过式(3)确定：
所述的起轧阶段过程中上锥辊4-1的轴向进给速度VA1用三次多项式函数表达为：
式(4)中：VA1为起轧阶段过程中上锥辊4-1的轴向进给速度；S为上锥辊4-1的轴向进给量；a1、b1、c1、d1分别为三次多项式函数的四个系数，分别为：
式(5)中：VA0为起轧阶段过程中所设定的上锥辊4-1的初始轴向进给速度；VAmax为起轧阶段过程中所设定的上锥辊4-1的最大轴向进给速度；S1为起轧阶段结束时的上锥辊4-1的轴向进给量；
步骤2.2、稳轧阶段：
在所述的稳轧阶段过程中，上锥辊4-1的轴向进给速度设计为常数VAmax，轴向进给量S由S1增大至稳轧阶段结束时的进给量S2。
所述的稳轧阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K2为：
则稳轧阶段结束时的上锥辊4-1的轴向进给量S2通过式(7)确定：
所述的稳轧阶段过程中上锥辊4-1的轴向进给速度VA2为常数，可表达为：
式(8)中：VAmax为稳轧阶段过程中所设定的上锥辊4-1的轴向进给速度，也是起轧阶段上锥辊4-1的最大轴向进给速度；
步骤2.3、减速阶段：
在所述的减速阶段过程中，上锥辊4-1的轴向进给速度设计为以三次多项式函数的变化形式由VAmax减小至VAmin，轴向进给量S由S2增大至减速阶段结束时的进给量S3。
所述的减速阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K3为：
则减速阶段结束时的上锥辊4-1的轴向进给量S3通过式(10)确定：
所述的减速阶段过程中上锥辊4-1的轴向进给速度VA3用三次多项式函数表达为：
式(11)中：VA3为减速阶段过程中上锥辊4-1的轴向进给速度；S为上锥辊4-1的轴向进给量；a2、b2、c2、d2分别为三次多项式函数的四个系数，分别为：
式(12)中：VAmin为所述减速阶段上锥辊4-1的最小轴向进给速度；VAmax为所述稳轧阶段过程中上锥辊4-1的轴向进给速度；S2为所述稳轧阶段结束时的上锥辊4-1的轴向进给量；S3为所述减速阶段结束时的上锥辊4-1的轴向进给量；
步骤2.4、整圆定高阶段：
在所述的整圆定高阶段过程中，上锥辊4-1的轴向进给速度设计为常数VAmin，轴向进给量S由S3增大至总轴向进给量Sf。
所述的整圆定高阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K4为：
所述的整圆定高阶段过程中上锥辊4-1的轴向进给速度VA4为常数VAmin，可表达为：
式(14)中：VAmin为所述整圆定高阶段过程中所设定的上锥辊4-1的轴向进给速度。
根据上述确定的锥辊轴向端轧成形阶段及各阶段结束时的轴向进给量，建立了上锥辊4-1的轴向进给速度方程如式(15)所示，其描述的锥辊4-1的轴向进给速度随进给量的变化曲线如图6所示：
式(15)中：S为上锥辊4-1的瞬时轴向进给量；三次多项式函数的系数a1、b1、c1、d1和a2、b2、c2、d2由式(5)和(12)确定。
占比K1、K2、K3以及K4为上述各个阶段在锥辊轴向端轧全过程中的所占的比例：设锥辊轴向端轧全过程为100%，给定起轧阶段的占比K1取值范围为15%~35%、稳轧阶段占比K2取值范围为40%~60%、减速阶段的占比K3取值范围为5%~15%、整圆定高阶段的占比K4取值范围为5%~15%，四个占比K1、K2、K3以及K4满足K1+K2+K3+K4=100%。本实施例中，给定起轧阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K1=30%、稳轧阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K2=50%、减速阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K3=10%、整圆定高阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K4=10%。
本实施例中，将起轧阶段的占比K1=30%、总轴向进给量Sf=42.6mm，代入式(3)中，计算得到起轧阶段结束时的上锥辊4-1的轴向进给量S1=12.8mm，设定上锥辊4-1的初始轴向进给速度VA0=1mm/s，最大进给速度VAmax=2mm/s，代入式(5)得到起轧阶段过程中上锥辊4-1的轴向进给速度方程各项系数a1=-9.58×10-4、b1=1.84×10-2、c1=0、d1=1，将其代入式(4)，就可获得起轧阶段过程中的上锥辊4-1的轴向进给速度方程；将稳轧阶段的占比K2=50%、总轴向进给量Sf=42.6mm、起轧阶段结束时的进给量S1=12.8mm，代入式(7)中，计算得到稳轧阶段结束时的上锥辊4-1的轴向进给量S2=34.1mm，设定稳轧阶段上锥辊4-1的轴向进给速度VA2=VAmax=2mm/s；将减速阶段的占比K3=10%、总轴向进给量Sf=42.6mm、稳轧阶段结束时的进给量S2=34.1mm，代入式(10)中，计算得到减速阶段结束时的上锥辊4-1的轴向进给量S3=38.3mm，设定上锥辊4-1的最大轴向进给速度VAmax=2mm/s及最小轴向进给速度VAmin=0.5mm/s，将其代入式(12)得到减速阶段上锥辊4-1的轴向进给速度方程各项系数a2=3.88×10-2、b2=-4.22、c2=152.11、d2=-1822，将其代入式(11)，就可获得减速阶段的上锥辊4-1的轴向进给速度方程；设定整圆定高阶段上锥辊4-1的轴向进给速度VAmin=0.5mm/s。
将上述步骤确定的参数值代入式(15)中，得到本实施例锥辊端轧过程中上锥辊4-1的轴向进给速度方程为：
由式(16)可得到本实例锥辊轴向端轧制坯过程中上锥辊4-1的轴向进给速度曲线，如图7所示。
所述的锥辊端轧制坯过程成形环件的截面变化如图5所示，图5中的a图为轧制开始时刻，图5中的b图为锥辊端轧制坯结束时刻。该阶段将初始矩形截面环坯2由高度H0=330mm压至目标高度Hf=287.4mm，完成上下端面聚料，获得与最终大型轴承套圈环件等高、上下端面壁厚较大的中间坯7。
步骤3、径向异形环轧成形大型轴承套圈锻件8。
进一步地，无需转移中间坯7，直接在该环轧机上进行径向异形环轧获得所需的大型轴承套圈锻件8。
主辊1保持上述转速继续做恒速转动；芯辊3以0.1~2.0mm/s的速度做直线进给运动；上锥辊4-1停止下压，仅做随环件直径长大的后撤运动以及绕自身轴线的旋转运动；该过程中抱辊5与成形环件始终保持接触，以保证轧制过程的稳定性与良好的环件圆度。随着芯辊3的不断进给，成形环件高度不变，直径逐渐增大，环件截面轮廓根据芯辊3型面逐渐成形，当成形环件直径达到目标大型轴承套圈环件直径时，轧制过程结束，获得所需要的大型轴承套圈锻件8。
上述卧式径轴双向精密环轧机***中的主辊1为直壁矩形截面轧辊；芯辊3是与最终所成形的大型轴承套圈环件内截面轮廓相匹配的异形截面轧辊；抱辊为直壁矩形截面轧辊；锥辊为具有一定锥度的平锥辊。
本实施例中，径向异形环轧过程中芯辊3的进给速度在0.1~0.7mm/s的范围内变化。该成形过程成形环件的截面变化如图5中的b和c图所示，其中图5中的b图为锥辊端轧制坯过程结束时刻，图5中的c图为径向异形环轧过程结束时刻。该阶段成形环件高度保持不变，直径增大至目标大型轴承套圈环件直径Df=884.3mm。
至此，完成了基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈成形制造过程。为证实本发明的可靠性，对上述实施例中基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈成形制造过程进行有限元模拟，采用的有限元模型如图所示，得到的成形环件的截面变化如图8所示，其中图8中的a图为锥辊端轧制坯过程起始时刻；图8中的b图为锥辊端轧制坯过程中间时刻；图8中的c图为锥辊端轧制坯过程结束时刻，即由锥辊端轧制坯过程向径向异形环轧过程转换的时刻；图8中的d图为径向异形环轧过程中间时刻，图8中的e图为径向异形环轧过程最终时刻。图9为本发明实施例中利用有限元数值模拟得到的大型轴承套圈锻件8成形过程中成形环件的半径与高度随轧制时间变化的曲线图，可以看到，经过锥辊端轧制坯过程后初始矩形截面环坯2上下端面完成聚料，形成与目标大型轴承套圈锻件8等高、上下端壁厚较大的中间坯7，在后续径向异形环轧过程中，成形环件贴模良好，截面轮廓完全成形，未出现端面不平、轧辊型槽填充不满的情况，获得了流线随形分布的大型轴承套圈锻件8。
因此，这说明本发明中提出的基于锥辊轴向端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法是可行、有效的。
使用过程简述：首先，确定环坯相对轧辊的初始位置，即确定初始矩形截面环坯2相对主辊1、芯辊3的合理初始间距；其次，在卧式径轴双向精密环轧机上进行锥辊端轧制坯，在该过程中，主辊1恒速转动，芯辊3位置保持不变，但主辊1和芯辊3都不与环坯接触产生作用，而上锥辊4-1做轴向进给运动，通过锥辊端面轧制对环坯上下端面进行聚料，获得与最终大型轴承套圈环件等高、上下端壁厚较大的中间坯7；最后，由锥辊端轧制坯过程无缝转向径向异形环轧过程，该过程中主辊1仍恒速转动，而芯辊3开始做直线进给运动径向挤压中间坯7，同时上锥辊4-1停止轴向下压，仅做随环件直径长大的后撤运动，中间坯7在主辊1和芯辊3的共同作用下产生径向异形环轧变形，当成形环件直径达到目标大型轴承套圈尺寸时，轧制过程结束，获得所需要的大型轴承套圈锻件8。在整个轧制成形过程中，抱辊始终抱紧成形中的环件，稳定成形过程，确保环件圆度。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出具有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法，其特征在于，包括：
步骤1、确定环坯相对轧辊的初始位置：确定卧式径轴双向精密环轧机***中主辊与初始矩形截面环坯的初始距离X1，以及初始矩形截面环坯与芯辊的初始距离X2，从而确保在锥辊端轧过程中，主辊和芯辊与初始矩形截面环坯不接触发生作用，矩形截面环坯仅在锥辊轧制作用下，产生上下端面聚料的效果，完成锥辊轴向端轧制坯过程；
步骤2、锥辊轴向端轧制坯：加热初始矩形截面环坯至成形温度，然后将其放置于卧式径轴双向精密环轧机工作台面上，保持步骤1确定的初始矩形截面环坯与各轧辊的相对位置关系，开始进行锥辊轴向端轧制坯；
步骤3、径向异形环轧成形大型轴承套圈锻件：无需转移中间坯，直接在环轧机上进行径向异形环轧获得所需的大型轴承套圈锻件。
2.根据权利要求1所述的一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法，其特征在于，步骤2中的所述的锥辊轴向端轧制坯过程，各轧辊的运动如下：
主辊在电机驱动下绕其固定轴以某转速恒速转动，芯辊保持静止不动；上锥辊和下锥辊在电机驱动下绕其轴线旋转，同时上锥辊做轴向分阶段进给运动，挤压初始矩形截面环坯的上端面；初始矩形截面环坯则在上下锥辊与其端面间摩擦力的驱动下旋转，产生端面轧制变形，高度逐渐减小，上下端面产生集料效果导致壁厚增大，当其高度达到目标大型轴承套圈高度时，锥辊轴向端轧制坯过程结束，最终形成后续异形环轧用中间坯；在锥辊轴向端轧制坯过程中，抱辊始终在液压装置作用下将初始矩形截面环坯抱紧，以保证轧制过程的稳定性，同时保证环件具有良好的圆度。
3.根据权利要求2所述的一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法，其特征在于，步骤2中所述的锥辊轴向端轧过程中，上锥辊的轴向分阶段进给运动过程包括：
步骤2.1、起轧阶段：在起轧阶段过程中，上锥辊的轴向进给速度设计为以三次多项式函数的变化形式由VA0逐渐增大至VAmax，轴向进给量S由0增大至起轧阶段结束时的进给量S1；
所述的锥辊轴向端轧制坯过程中，上锥辊的总轴向进给量Sf通过下式(1)确定：
上式(1)中：H0为初始矩形截面环坯的高度、Hf为目标大型轴承套圈环件的高度；
所述的起轧阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K1为：
则起轧阶段结束时上锥辊的轴向进给量S1通过式(3)确定：
所述的起轧阶段过程中上锥辊的轴向进给速度VA1用三次多项式函数表达为：
式(4)中：VA1为起轧阶段过程中上锥辊的轴向进给速度；S为上锥辊的轴向进给量；a1、b1、c1、d1分别为三次多项式函数的四个系数，分别为：
式(5)中：VA0为起轧阶段过程中上锥辊的初始轴向进给速度；VAmax为起轧阶段过程中上锥辊的最大轴向进给速度；S1为起轧阶段结束时的上锥辊轴向进给量；
步骤2.2、稳轧阶段：在所述的稳轧阶段过程中，上锥辊的轴向进给速度设计为常数VAmax，轴向进给量S由S1增大至稳轧阶段结束时的进给量S2；
所述的稳轧阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K2为：
则稳轧阶段结束时上锥辊的轴向进给量S2通过式(7)确定：
所述的稳轧阶段过程中上锥辊的轴向进给速度VA2为常数，可表达为：
式(8)中：VAmax为稳轧阶段过程中所设定的上锥辊的轴向进给速度，也是起轧阶段上锥辊的最大进给速度；
步骤2.3、减速阶段：在所述的减速阶段过程中，上锥辊的轴向进给速度设计为三次多项式函数的变化形式由VAmax减小至VAmin，轴向进给量S由S2增大至减速阶段结束时的进给量S3；
所述的减速阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K3为：
则减速阶段结束时上锥辊的轴向进给量S3通过式(10)确定：
所述的减速阶段过程中上锥辊的轴向进给速度VA3用三次多项式函数表达为：
式(11)中：VA3为减速阶段过程中上锥辊的轴向进给速度；S为上锥辊的轴向进给量；a2、b2、c2、d2分别为三次多项式函数的四个系数，分别为：
式(12)中：VAmin为所述减速阶段上锥辊的最小轴向进给速度；VAmax为所述稳轧阶段过程中上锥辊的轴向进给速度；S2为所述稳轧阶段结束时上锥辊的轴向进给量；S3为减速阶段结束时上锥辊的轴向进给量；
步骤2.4、整圆定高阶段：在所述的整圆定高阶段过程中，上锥辊轴向进给速度设计为常数VAmin，轴向进给量S由S3增大至总轴向进给量Sf；
所述的整圆定高阶段在锥辊轴向端轧过程的占比K4为：
所述的整圆定高阶段过程中上锥辊的轴向进给速度VA4为常数VAmin，可表达为：
式(14)中：VAmin为所述整圆定高阶段过程中所设定的上锥辊的轴向进给速度；
根据上述确定的锥辊轴向端轧成形阶段及各阶段结束时的轴向进给量，建立了上锥辊的轴向进给速度方程如式(15)所示：
式(15)中：S为上锥辊的瞬时轴向进给量；三次多项式函数的系数a1、b1、c1、d1和a2、b2、c2、d2由式(5)和(12)确定。
4.根据权利要求3所述的一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法，其特征在于，所述的占比K1、K2、K3以及K4为上述各个阶段在锥辊轴向端轧全过程中所占的比例：设锥辊轴向端轧全过程为100%，给定起轧阶段的占比K1取值范围为15%~35%、稳轧阶段占比K2取值范围为40%~60%、减速阶段的占比K3取值范围为5%~15%、整圆定高阶段的占比K4取值范围为5%~15%，四个占比满足K1+K2+K3+K4=100%。
5.根据权利要求3所述的一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法，其特征在于，在步骤3中：主辊保持上述转速继续做恒速转动；芯辊以0.1~2.0mm/s的速度做直线进给运动；上锥辊停止下压，仅做随成形环件直径长大的后撤运动以及绕自身轴线的旋转运动；该过程中抱辊与成形环件始终保持接触，以保证轧制过程的稳定性与良好的环件圆度；随着芯辊的不断进给，成形环件高度不变，直径逐渐增大，环件截面轮廓根据芯辊型面逐渐成形，当成形环件直径达到目标大型轴承套圈环件尺寸时，轧制过程结束，获得所需要的大型轴承套圈锻件。
6.根据权利要求2所述的一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法，其特征在于，所述的卧式径轴双向精密环轧机***中的主辊为直壁矩形截面轧辊；芯辊是与最终所成形的大型轴承套圈环件内截面轮廓相匹配的异形截面轧辊；抱辊为直壁矩形截面轧辊；锥辊为具有一定锥度的平锥辊。
7.根据权利要求1所述的一种基于锥辊端轧制坯的大型轴承套圈绿色成形制造方法，其特征在于，在步骤1中，一般X1取5~50mm，X2取5~30mm。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102489638A (zh) * | 2011-12-27 | 2012-06-13 | 张家港海陆环形锻件有限公司 | 一种大型内台阶环件径轴向轧制成形方法 |
| CN102601278A (zh) * | 2012-03-20 | 2012-07-25 | 武汉理工大学 | 大型双边台阶环件径轴向轧制成形方法 |
| CN106541060A (zh) * | 2015-09-22 | 2017-03-29 | 首都航天机械公司 | 一种超大直径铝合金整体环的轧制生产方法 |
| CN110479925A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-11-22 | 江苏翔能科技发展有限公司 | 一种大型srb风电主轴承外圈仿形轧制方法 |
| CN111266501A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-12 | 西北工业大学太仓长三角研究院 | 环轧过程中由环转速驱动的变主辊转速的确定方法 |
| CN111266502A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-12 | 西北工业大学太仓长三角研究院 | 大型筒形件立式双驱轧制中双主辊转速的匹配方法 |
| CN111283124A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-16 | 西北工业大学深圳研究院 | 确定环件径向轧制中由环增速驱动的芯辊进给速度的方法 |
| CN114798758A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-07-29 | 武汉理工大学 | 实现大型环件径轴向稳定高效轧制的变形过程规划方法 |
-
2023
- 2023-06-06 CN CN202310657649.XA patent/CN116393631A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102489638A (zh) * | 2011-12-27 | 2012-06-13 | 张家港海陆环形锻件有限公司 | 一种大型内台阶环件径轴向轧制成形方法 |
| CN102601278A (zh) * | 2012-03-20 | 2012-07-25 | 武汉理工大学 | 大型双边台阶环件径轴向轧制成形方法 |
| CN106541060A (zh) * | 2015-09-22 | 2017-03-29 | 首都航天机械公司 | 一种超大直径铝合金整体环的轧制生产方法 |
| CN110479925A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-11-22 | 江苏翔能科技发展有限公司 | 一种大型srb风电主轴承外圈仿形轧制方法 |
| CN111266501A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-12 | 西北工业大学太仓长三角研究院 | 环轧过程中由环转速驱动的变主辊转速的确定方法 |
| CN111266502A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-12 | 西北工业大学太仓长三角研究院 | 大型筒形件立式双驱轧制中双主辊转速的匹配方法 |
| CN111283124A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-16 | 西北工业大学深圳研究院 | 确定环件径向轧制中由环增速驱动的芯辊进给速度的方法 |
| CN114798758A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-07-29 | 武汉理工大学 | 实现大型环件径轴向稳定高效轧制的变形过程规划方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 中国机械工程学会塑性工程分会: "《数控一代案例集》", vol. 1, 中国科学技术出版社, pages: 122 * |
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