阅读说明：本技术 基于分割累加的复杂异型截面环件轧制力计算方法 (Method for calculating rolling force of complex special-shaped section ring piece based on segmentation and accumulation ) 是由 兰箭 毛华杰 华林 钱东升 邓加东 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于分割累加的复杂异型截面环件轧制力计算方法,先沿轴线方向将复杂异型截面环件分割成若干基本单元形状环件,基本单元形状环件分为两类,第一类基本单元形状环件的内外棱线的偏斜方向相同,第二类基本单元形状环件的内外棱线的偏斜方向相反,然后根据类别分别算出每个基本单元形状环件的轴向力和径向力,最后分别累加所有基本单元形状环件的轴向力和径向力,作为复杂异型截面环件在轧制过程中的整体径向力和轴向力。该方法能快速估算出任意复杂异型截面环件轧制过程中的整体径向力和轴向力,简单稳定,易于推广使用,能够用于给定环锻件设计可行性的评估,能够加快复杂异型截面环件轧制工艺开发速度。(The invention discloses a method for calculating the rolling force of a complex special-shaped cross-section ring piece based on segmentation and accumulation, which comprises the steps of segmenting the complex special-shaped cross-section ring piece into a plurality of basic unit-shaped ring pieces along the axis direction, dividing the basic unit-shaped ring pieces into two types, wherein the deflection directions of inner and outer edge lines of the first type of basic unit-shaped ring piece are the same, the deflection directions of inner and outer edge lines of the second type of basic unit-shaped ring piece are opposite, calculating the axial force and the radial force of each basic unit-shaped ring piece according to the type, and finally accumulating the axial force and the radial force of all the basic unit-shaped ring pieces respectively to serve as the integral radial force and the axial force of the complex special-shaped cross-section ring piece in the rolling process. The method can quickly estimate the integral radial force and the axial force in the rolling process of any complex special-shaped cross-section ring piece, is simple and stable, is easy to popularize and use, can be used for estimating the design feasibility of a given ring forging piece, and can accelerate the development speed of the rolling process of the complex special-shaped cross-section ring piece.)

基于分割累加的复杂异型截面环件轧制力计算方法

技术领域

本发明属于轧制领域，具体涉及一种基于分割累加的复杂异型截面环件轧制力计算方法。

背景技术

环件被广泛用于各类航空航天、能源化工等国防民生工业中，随着环件的截面形状越来越多、越来越复杂，对环件轧制生产提出了更高稳定性、更快响应性和更广适应性要求。目前，复杂异型截面环件轧制生产所需径向力估算困难、轴向力无法估算，因此复杂异型截面环件轧制工艺不易推广，往往先采用包络复杂异型截面的矩形截面环件轧制生产更大体积的环锻件，再进行大量机械切削得到复杂异型截面环件，不但材料利用率低，而且大幅延长制造周期。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分割累加的复杂异型截面环件轧制力计算方法，该方法能快速估算出任意复杂异型截面环件轧制过程中的整体径向力和轴向力，简单稳定，易于推广使用，能够用于给定环锻件设计可行性的评估，能够加快复杂异型截面环件轧制工艺开发速度。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于分割累加的复杂异型截面环件轧制力计算方法，先沿轴线方向将复杂异型截面环件分割成若干基本单元形状环件，基本单元形状环件分为两类，第一类基本单元形状环件的内外棱线的偏斜方向相同，第二类基本单元形状环件的内外棱线的偏斜方向相反，然后根据类别分别算出每个基本单元形状环件的轴向力和径向力，最后分别累加所有基本单元形状环件的轴向力和径向力，作为复杂异型截面环件在轧制过程中的整体径向力和轴向力。

进一步地，基本单元形状环件径向力F_r的计算式为

其中，k为环件材料的剪切屈服强度，Δh为环件每转进给量，z为在轴向上至基本单元形状上表面的距离，z₀为基本单元形状上下表面的距离，R₁为驱动辊与基本单元形状环件上表面接触半径，R₂为芯辊与基本单元形状环件上表面接触半径，r₁为基本单元形状环件上表面内径，h₀为基本单元形状环件上表面厚度，θ₁为基本单元形状环件外表面棱线与轴线的夹角，θ₂为基本单元形状环件内表面棱线与轴线的夹角且以环件截面上端面为起点斜边远离环件的为负角、靠近环件的为正角；

第一类基本单元形状环件轴向力F_a的计算式为

第二类基本单元形状环件轴向力F_a的计算式为

其中，R′₁为基本单元形状环件半高处的驱动辊半径，R′₂为基本单元形状环件半高处的芯辊半径，R′为基本单元形状环件半高处的外半径，r′为基本单元形状环件半高处的内半径，m为模具环件接触面摩擦因子。

进一步地，若复杂异型截面环件存在过渡圆弧，则在分割复杂异型截面环件前先将过渡圆弧替代为直线。

本发明的有益效果是：

该方法能对给定的任意复杂异型截面环件进行轧制力计算，能快速估算出复杂异型截面环件轧制过程中的整体径向力和轴向力，该方法简单稳定，易于推广使用，能够用于给定环锻件设计可行性的评估，能够加快复杂异型截面环件轧制工艺开发速度。

附图说明

图1是第一类基本单元形状环件截面示意图。

图2是第二类基本单元形状环件截面示意图。

图3是本发明实施例中复杂异型截面环件的示意图。

图4是本发明实施例中复杂异型截面环件轧制时的装配示意图。

图5是本发明实施例中复杂异型截面环件分割成若干基本单元形状环件后的截面示意图。

图中：1-驱动辊；2-环件锻件；3-芯辊。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明作进一步的说明。

1、图1和图2分别给出了第一类基本单元形状环件和第二类基本单元形状环件的截面示意图，如图3为本实施例中复杂异型截面环件的示意图，该实施例的轧制过程装配关系如图4所示，主要轧制参数如表1所示，环件材料工业纯铅的剪切屈服强度k＝6Mpa，环件每转进给量Δh＝0.4mm/r。

表1主要轧制参数

2、由于本复杂异型截面环件存在过渡圆弧，因此分割前先将过渡圆弧替代为直线，然后根据图1所列出的两类基本单元形状，沿轴线方向将复杂异型截面环件分割成若干基本单元形状环件，得到图5中所示的5个基本截面形状分块，这5个基本截面形状分块的具体尺寸如下表所示，其中分块截面2、3为第一类基本截面形状，分块截面1、4、5为第二类基本截面形状。

表2基本截面形状分块的具体尺寸

3、各个基本单元形状环件的径向力计算，对每个基本单元形状环件应用公式

得到各个基本单元形状环件的径向力

整体环件径向力为RF＝ΣF_ri＝4193.63(N)

4、各个基本单元形状环件的轴向力计算，对基本单元形状环件2、3应用公式

对基本单元形状环件1、4、5应用公式

其中，得到个基本单元形状环件的轴向力，

整体环件受到驱动辊侧轴向力为AF＝ΣF_ai＝-1037.45(N)，整体环件受到芯辊侧轴向力为AF＝ΣF_ai＝856.2(N)。

5、经过上述步骤，分别得到了驱动辊1和芯辊3的径向力和轴向力的估算值，由此可以为环件锻件2设计可行性提供理论依据。该实施例中的轴向力是径向力的25％左右，考虑到一般该比例保持在10％以下轧制会比较平稳，因此可以推导出该环件锻件2设计可行性不高。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。