一種球閥法蘭複合軋環成形方法
2023-05-06 10:16:11 1
一種球閥法蘭複合軋環成形方法
【專利摘要】本發明涉及一種球閥法蘭複合軋環成形方法，其特徵在於包括如下步驟：1)確定環坯形狀和尺寸：根據鍛件截面幾何特徵確定環坯形狀，根據鍛件幾何尺寸確定環坯體積和當量軋比，進而確定環坯尺寸；2)確定軋制孔型結構和尺寸：綜合複合軋環變形條件、設備結構以及環坯和鍛件尺寸，確定主軋輥、芯輥和副軋輥工作面結構和尺寸；3)確定軋製成形參數：綜合軋輥、環坯和鍛件尺寸，結合複合軋環穩定條件以及軋制過程穩定性需求，依次確定軋制線速度、軋制進給速度和軋制時間。本發明通過合理設計控制軋制工藝過程，可實現球閥法蘭複合軋環精密成形，可有效減少能源材料消耗，提高生產效率高，降低生產成本。
【專利說明】-種球閥法蘭複合禮環成形方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及機械裝備製造領域，具體涉及一種球閥法蘭複合社環成形方法。
【背景技術】
[0002] 球閥是一種典型的閥類零件，在石油、化工、水利、電力等行業有著重要應用，是能 源裝備的關鍵基礎零件。球閥法蘭作為球閥與管道之間的關鍵連接件，是影響能源輸送和 存儲安全的重要零件。球閥法蘭表面帶有由對稱或非對稱臺階構成的複雜型槽，是一種復 雜環類零件，通常需要鍛造成形來保障其機械性能。目前，對於球閥法蘭，大多是採用傳統 的自由鍛或模鍛預成形，再切削加工成形截面輪廓，整體鍛造能耗高、效率低、勞動強度大， 而且成形精度差，造成後續切削工時和材料消耗。該類零件也可採用社環成形，但由於其復 雜截面形狀，社環過程中直徑擴大與截面充型不同步，導致直徑達到時表面型槽不能完整 成形，仍需通過大量切削成形。因此，對於球閥法蘭，無論是採用鍛造還是社環方法，都存在 材料利用率低、生產效率低、生產成本高的技術缺點，而且型槽關鍵部位不能獲得充分塑性 變形而細化組織、提升性能，需要開發低耗、高效先進成形新方法，提升製造技術經濟水平 和產品質量。
【發明內容】
[0003] 針對上述現狀，本發明的目的在於提供一種球閥法蘭複合社環成形方法，通過社 環和表面橫社複合，合理設計社制工藝參數和控制社制過程，使球閥法蘭截面輪廓通過連 續局部變形而一次精密完整成形，從而有效減少能耗，提高生產效率，降低生產成本。
[0004] 為了實現上述目的，本發明的技術方案是；一種球閥法蘭複合社環成形方法，其特 徵在於包括如下步驟：
[0005] 1)確定環逐形狀和尺寸
[0006] 對於球閥法蘭，若其上、下臺階徑向與軸向尺寸相同，即具有對稱截面形狀時，可 採用簡單的矩形截面環逐社制；若其上、下臺階徑向或軸向尺寸不相同，即具有非對稱截面 形狀時，則應採用異形截面環逐社制，否則成形過程中會由於體積分配不合理，導致臺階一 端充不滿而一端金屬堆積，無法獲得所需鍛件形狀；針對零件的不同幾何形狀特徵，可按如 下方式確定合理的環逐的形狀和尺寸：
[0007] (1)確定環逐形狀
[000引設Ru、Rg、Ri、r分別為鍛件上臺階半徑、凹槽半徑、下臺階半徑和內孔半徑，Bu、Bg、 Bi分別為鍛件上臺階高度、凹槽高度和下臺階高度，Vus、Vis分別為鍛件上臺階體積、下臺階 體積（臺階體積小者為上臺階）；則鍛件總高度B = Bu+Bg+Bi
[0009] 根據鍛件幾何尺寸，計算其截面非對稱度，根據不同非對稱度，選擇不同環逐形 狀；
[0010] W&b二長"=言治表示鍛件非對稱係數;
[0011] W K, = I Kuk-I I表示鍛件非對稱度，K,越大，鍛件截面非對稱性越顯著；
[0012] 當K,0. 15,採用臺階型環逐；
[0013] (2)計算環逐體積V。
[0014] 根據塑性變形體積不變原理，環逐體積V。與鍛件體積V相等，即
[00巧]Vo = V二瓦(巧+ B訴)-瓦趴子
[0016] 從凹槽高度一半處將鍛件分為上下兩部分，則鍛件上、下部分體積比為
【權利要求】
I. 一種球閥法蘭複合社環成形方法，其特徵在於包括如下步驟： 1)確定環逐形狀和尺寸 對於球閥法蘭，若其上、下臺階徑向與軸向尺寸相同，即具有對稱截面形狀時，可採用 簡單的矩形截面環逐社制；若其上、下臺階徑向或軸向尺寸不相同，即具有非對稱截面形狀 時，則應採用異形截面環逐社制，針對零件的不同幾何形狀特徵，可按如下方式確定合理的 環逐的形狀和尺寸： (1) 確定環逐形狀 設尺。、心心1'分別為鍛件上臺階半徑、凹槽半徑、下臺階半徑和內孔半徑，8。、8,、81分別 為鍛件上臺階高度、凹槽高度和下臺階高度，Vus、Vk分別為鍛件上臺階體積、下臺階體積； 則鍛件總高度B = Bu+Bg+Bi 根據鍛件幾何尺寸，計算其截面非對稱度，根據不同非對稱度，選擇不同環逐形狀； &K",、=餐震-反)表示鍛件非對稱係數; W K, = IKuk-I I表示鍛件非對稱度，K,越大，鍛件截面非對稱性越顯著； 當K, 0. 15,採用臺階型環逐； (2) 計算環逐體積V。 根據塑性變形體積不變原理，環逐體積V。與鍛件體積V相等，即 Vo=V = TTi BX + BX + B,R；) - TTBr 從凹槽高度一半處將鍛件分為上下兩部分，則鍛件上、下部分體積比為
鍛件上半部分體積與鍛件總體積之比 則環逐上半部分體積與總體積之比Ku' = kyKu，ky為修正係數，可取0. 85?1，鍛件非 對稱度越大，ky值取越小； (3) 確定環逐尺寸 採用閉式孔型，取環逐高度與鍛件高度相等，即B。= B ; W鍛件與環逐孔徑之比為當量社比k，對於外徑Im W下的小尺寸鍛件，k可取1.2?2 ; 外徑大於Im的大尺寸鍛件，k可取2?3 ; 根據當量社比k即可確定環逐內孔半徑= ^ = 根據環逐體積、高度和內徑，可確定H種類型環逐尺寸： ① 矩形環逐 環逐外半徑成二+心 ② 錐臺型環逐
環逐外表面與迴轉軸間的夾角a = w.cmn打-今/;-4w 宜中。=!巧2+!及2_!度公， y。化,-BX、_2K、iB'"-IS'，K:m' + BJ J^， ^ 9 " 9 …9。… 加JA)-BJ 如巧A"(公"-A,) 兀8。 g二片《"飛全 別13"; (Bu-13", 丫 公'"I 2 環逐小端外半掛<,%品吊;常ia4(公"+公"'細… Bm為環件上端面到凹槽中間面的距離，Ku'表示環逐上半部分體積與總體積之比； ③臺階型環逐 環逐小端外半徑
臺階高度Bsi = Bi 臺階長度
2)確定社制孔型結構和尺寸 社制孔型由主社親、芯親和兩個副社親工作面組成；主社親和兩個副社親工作面採用 閉式結構，其形狀與鍛件外表面輪廓形狀對應，由直徑不同的圓柱面組成上、下型腔和中間 凸臺；芯親工作面為開式結構圓柱面；各社親工作面尺寸按如下確定： (1)主社親和芯親工作面尺寸 主社親凸臺面半徑ICg和芯親工作面半徑Ri需滿足：
其中R。'為環逐與社親的初始接觸半徑，對於矩形截面和臺階型環逐R。' =R。，對於 錐臺形截面R。' =R〇+(Bu+Bg)tana,目=arctany為摩擦角，y為摩擦係數， 為了方便上料時環逐穿入芯親，一般取芯親半徑 Ri = r〇-巧?15)mm 主社親和芯親的中也距應在設備極限中也距範圍內，則有： Rmg+ 化-r) +Ri > Sm化，Rmg- (Ru-Rg) +Lmu+Hmax+Ri《Smax 其中，Smh表示主社親和芯親的中也距最小值，Sm"表示主社親和芯親的中也距最大值， Hm"為環逐最大壁厚和鍛件最大壁厚中的大值，Ru-Rg < Lmu < Ru-r，通常取主社親上型腔面 寬度 Lmu = 0. 5 (2Ru-r-Rg); 綜合上述條件可確定而、Rmg，進而根據幾何關係確定主社親上型腔面半徑Rmu = Rmg-(Ru-Rg)、下型腔面半徑Rml二Rmg-化-Rg)、下型腔面寬度Lmi = Rmu+Lmu-Rml、上下型腔側壁 高度8。。= 8。1=(0.1?0.：3)8;
根據鍛件上臺階高度Bu、凹槽高度Bg和下臺階高度Bi可確定主社親上型腔面高度Bmu、 凸臺面高度Bmg、下型腔面高度Bmi為： Bmu 二 Bu+化 2 ?1. Wmm, Bmg = Bg, Bmi = Bi+(0. 2 ?1. Wmm 芯親工作面高度Bi = B+巧?40) mm ; (2)副社親工作面尺寸及位置 左、右兩個副社親W主社親與芯親中線連線為軸線沿環逐兩側對稱布置；副社親圓也 與鍛件中也的連線與軸線的夾角0 -般設計為50。?60。； 兩個副社親工作面結構尺寸相同，副社親凸臺面半徑要滿足下列要求：
同時，考慮副社親工作受力強度要求，一般可取副社親凸臺面半徑= (0. 3?0. 7) Rmg ; 根據R。，可確定副社親上型腔面半徑R。。= R^-(Ru-Rg)、下型腔面半徑Rd = Rcg-化-Rg); 由於採用閉式結構，副社親上、下型腔面寬度L。。、Lti應滿足： Lcu - Lmu, 一 Lmi 副社親上、下型腔面側壁高度通常取Btu = Bd = (0. 1?0. 3)B ; 副社親上型腔高度B。。、凸臺高度Bw、下型腔高度Bti通常確定為： Bcu 二 Bmu+化 5 ?2) mm, Bcg = Bmg-(；0. 5 ?2) mm, Bci = Bmi+(0. 5 ?2) mm 3)確定社製成形參數 對於複合社制過程，其社製成形參數主要包括社制線速度、社制進給速度和社制時 間； (1) 社制線速度 社制線速度Vm通常取0. 9?1. 5m/s ;對於外徑Im W下的小尺寸鍛件，社制線速度可取 1. 2?1. 5m/s，對於外徑大於Im的大尺寸鍛件，社制線速度可取0. 9?1. 2m/s ; (2) 社制進給速度 社制進給速度V可根據環逐和社親尺寸，在下式範圍內選取
n。表示主社親轉速，其計算公式為' Rmg為主社親凸臺面半徑，Vm為社制線 麼客 速度； 社環、表面橫社、精社H個階段分別選取社制進給速度： 社環階段進給速度
表面橫社階段進給速度
精社階段進給速度
(3)社制時間 社制時間由社制進給時間Ty和整圓時間Tf兩部分組成；社制進給時間由各階段社制進 給量和進給速度確定； 社制總進給量K社環進給量hi和表面橫社進給量h,和精社進給量hs可按下式確定： h = (R。' -r。）- (Rg-r)
從而可確定社制進給時間+ ^ + ^，其中Vi、V2、V3為社環階段、表面橫社階段 Vl ^2 ^ 和精社階段社制進給速度； 整圓過程停止進給，整圓過程通常保證鍛件旋轉1至4周，即； 山:民, 7；=(1 ?4)-- 根據社制進給時間和整圓時間可確定社制時間T = Ty+Tf ; 4)社製成形： 按上述方法設計加工環逐和社制孔型，將社制孔型安裝於社制設備內，將環逐放置於 芯親上；對於外徑不超過Im的鍛件，可採用立式複合社環成形；對於外徑超過於Im的鍛 件，宜採用邸式複合社環成形；兩種工藝成形過程均可按社環、表面橫社、精社H個階段進 行社制，按上述各階段社制進給速度範圍控制社制進給過程，當環逐外表面輪廓與副社親 工作面型腔貼合後，停止進給，進行整圓，直至社制結束。
【文檔編號】B21H1/06GK104259354SQ201410494399
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月24日 優先權日:2014年9月24日
【發明者】錢東升, 鄧加東, 吳劍, 汪小凱, 宋亞東, 戴玉同 申請人:張家港海陸環形鍛件有限公司, 武漢理工大學