一種鈦合金C型截面錐度環件軋制的坯料設計方法與流程

本發明涉及環件軋制成形加工技術領域，特別是涉及一種鈦合金C型截面錐度環件軋制的坯料設計方法。

背景技術：

環件軋制是利用環件軋制設備，在多個軋輥共同作用下使環坯壁厚逐漸減小、直徑逐漸長大、截面輪廓逐漸形成的連續局部塑性成形技術，具有生產成本低、環件力學性能優良、精度高、生產效率高、產品范圍廣等優點。在國內，由于生產技術的限制，對于異形截面環件，常常采用加工余量較大、截面相對簡化的鍛件設計，以保證最終零件尺寸的完整性，再經過后續機加工等處理達到最終工件尺寸，這樣就大大減小了材料的利用率。

對于鈦合金C型截面錐度環件，若采用簡單的錐形環坯進行軋制，臺階處體積分布顯然不夠，要使坯料沿軸向流動來填充臺階是非常困難的，同時在錐度的作用下，坯料軋制時產生軸向攀升，更加不利于下端臺階的填充，造成廢品的產生；若采用簡單截面環坯，需后序復雜的機加工處理，大大降低了材料的利用率，且機加工會破壞環件內部的流線，同時，也浪費了時間；若采用多道次軋制，需要設計多套模具，大大提高了生產成本。

因此，市場上急需一種鈦合金C型截面錐度環件軋制的坯料設計方法，使得C型截面錐度環件的輪廓能夠完整成形，在提高材料利用率的情況下也保留了鍛件本身的流線。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種鈦合金C型截面錐度環件軋制的坯料設計方法，以解決上述現有技術存在的問題，使C型截面錐度環件的輪廓能夠完整成形，在提高材料利用率的情況下也保留了鍛件本身的流線。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種鈦合金C型截面錐度環件軋制的坯料設計方法，包括：

步驟一，按照錐形坯料設計坯料，確定為坯料兩端直段高度、總高度分別與環件臺階高度、總高度相等；

步驟二，根據軋比和環件小孔平均直徑確定錐形坯料小孔平均直徑；

步驟三，根據環件與錐形坯料小端體積相等，確定錐形坯料小孔端面壁厚；

步驟四，根據錐形坯料小孔平均直徑以及錐形坯料小孔端面壁厚，確定錐形坯料小孔內徑以及外徑；

步驟五，根據錐形坯料大端和環件大端體積相等的原則，確定錐形坯料的大孔內徑和外徑，并根據錐形坯料和環件總體積相等進行修正，得到錐形坯料大端最終的內徑和外徑尺寸；

步驟六，以錐形坯料為基準，設計坯料內側直徑與錐形坯料保持一致，僅對外側輪廓線進行調整來重新分配軸向體積，確定坯料兩端直徑高度與環件臺階高度保持相等，確定坯料上下兩端壁厚大于標準錐形環件坯料兩端壁厚，確定錐角與兩端直段距離在30cm以上；

步驟七，以小端圓心為原點，小端半徑為x軸，軸線為y軸，建立平面直角坐標系，選定A點的縱坐標y＝H_Ab，將坯料分段計算，設外輪廓各段的線函數分別為f_y1、f_y2、f_y3，內輪廓各段的線函數分別為g_y1、g_y2、g_y3，據體積不變原理有：

其中，H_tb表示小端外徑直段高度，H_sb表示小端內徑直段高度，H_Ab表示A點的縱坐標，H_b表示坯料總高度，H_lb表示大端外徑直段高度，V_Ring表示環件體積；

將各個已知尺寸代入上述等式，可得到頂點A的橫坐標x,,即確定了預成形坯所有尺寸。

優選地，所述步驟三中，小孔端面壁厚為：

其中，d_sm0表示錐形坯料小端平均直徑，t_s0表示小孔端面壁厚，H_S0表示錐形坯料小端直段高度，D_sw表示成形后環件小端外直徑，d_s表示成形后環件小端內直徑，D_s表示成形后環件小端平均直徑，H_t表示環件小端凸臺高度，H_s表示環件小端總高度，H_s0表示錐形坯料小端直段高度。

本發明相對于現有技術，產生了以下技術效果：

本發明通過對鈦合金C型截面錐度環件軋制的坯料進行重新設計，在傳統錐形坯料外圓的某高度處設計一個方向相反的錐度，能夠保證軋制出的環件截面輪廓完整，尺寸精度滿足要求，由于免去了后序復雜的機加工處理，大大提高了材料利用率，節約了成本，同時避免了機加工對環件內部流線的破壞。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例中一種鈦合金C型截面錐度環件軋制的坯料設計方法的流程圖；

圖2為本發明實施例中C型截面錐度環件結構示意圖；

圖3為本發明實施例中錐形坯料截面示意圖；

圖4為本發明實施例中設計坯料截面示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明的目的是提供一種鈦合金C型截面錐度環件軋制的坯料設計方法，以解決現有技術存在的問題，使C型截面錐度環件的輪廓能夠完整成形，在提高材料利用率的情況下也保留了鍛件本身的流線。

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

本發明提供一種鈦合金C型截面錐度環件軋制的坯料設計方法，包括，

步驟一，按照錐形坯料設計坯料，確定為坯料兩端直段高度、總高度分別與環件臺階高度、總高度相等，則

H_l0＝H_l

H_s0＝H_s

H₀＝H

其中：H_l表示環件大端直段高度，H_s表示環件小端直段高度，H表示環件總高度；

H_l0表示錐形坯料大端直段高度，H_s0表示錐形坯料小端直段高度，H₀表示錐形坯料總高度。

步驟二，根據軋比k和環件小孔平均直徑確定錐形坯料小孔平均直徑，則

其中：D_sm表示環件小端平均直徑；d_sm0表示錐形坯小端平均直徑；

步驟三，根據環件與錐形坯料小端體積相等，確定錐形坯料小孔端面壁厚t_s0，則

V_s0＝V_s

其中：V_s—環件小端體積；V_s0—錐形坯小端體積；

其中:H_s表示環件小端總高度；H_t表示環件小端凸臺高度；H_s0表示錐形坯小端直段高度。

步驟四，根據錐形坯料小孔平均直徑以及錐形坯料小孔端面壁厚，確定錐形坯料小孔內徑以及外徑，則

d_s0＝d_sm0-t_s0

D_s0＝d_sm0+t_s0

其中，d_s0、D_s0分別為錐形坯料小孔端內徑和外徑。

錐形坯料和環件中部錐度保持一致：

θ₀＝θ

其中:θ₀表示錐形半錐角；θ表示環件半錐角。

步驟五，根據錐形坯料大端和環件大端體積相等的原則，確定錐形坯料的大孔內徑和外徑，并根據錐形坯料和環件總體積相等進行修正，得到錐形坯料大端最終的內徑d_l0和外徑尺寸D_l0；

步驟六，以錐形坯料為基準，設計坯料內側直徑與錐形坯料保持一致，僅對外側輪廓線進行調整來重新分配軸向體積，確定坯料兩端直徑高度與環件臺階高度保持相等，確定坯料上下兩端壁厚大于標準錐形環件坯料兩端壁厚，確定錐角與兩端直段距離在30cm以上；

步驟七，以小端圓心為原點，小端半徑為x軸，軸線為y軸，建立平面直角坐標系，選定A點的縱坐標y＝H_Ab，將坯料分段計算，設外輪廓各段的線函數分別為f_y1、f_y2、f_y3，內輪廓各段的線函數分別為g_y1、g_y2、g_y3，據體積不變原理有：

其中，H_tb表示小端外徑直段高度，H_sb表示小端內徑直段高度，H_Ab表示A點的縱坐標，H_b表示坯料總高度，H_lb表示大端外徑直段高度，V_Ring表示環件體積；

將各個已知尺寸代入上述等式，可得到頂點A的橫坐標x,即確定了預成形坯所有尺寸。

本發明中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。