阅读说明：本技术 带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件轧制方法 (Rolling method of special-shaped thin-wall casing ring forging with external island boss ) 是由 兰箭 华林 毛华杰 钱东升 邓加东 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件轧制方法,目标异型薄壁机匣环锻件的一部为近矩形截面环、另一部为近锥筒环且带有外岛屿凸台,先下料镦粗冲孔得到近矩形截面环坯,然后单边扩口得到厚壁异型截面环坯,然后轧制得到异型截面环坯,然后先粗轧制得到带内回转凸台的异型截面环坯,内回转凸台为一圈位于近锥筒环内侧对应外岛屿凸台高度位置处的环状突起,再整形提高带内回转凸台的异型截面环坯的圆度精度,最后精轧,近净成形异型薄壁机匣环锻件外表面并将内回转凸台体积转移到外表面得到外岛屿凸台。本发明近净成形异型薄壁机匣环锻件外表面并在外表面得到外岛屿凸台,能保证外直径和外岛屿凸台精度,机加工余量低。(The invention discloses a rolling method of a special-shaped thin-wall casing ring forging with an outer island boss, wherein one part of a target special-shaped thin-wall casing ring forging is a nearly rectangular section ring, the other part of the target special-shaped thin-wall casing ring forging is a nearly conical cylinder ring and is provided with the outer island boss, a nearly rectangular section ring blank is obtained by blanking, upsetting and punching, then a thick-wall special-shaped section ring blank is obtained by single-side flaring, then a special-shaped section ring blank is obtained by rolling, then a special-shaped section ring blank with an inner rotary boss is obtained by rough rolling, the inner rotary boss is a ring-shaped protrusion which is positioned at the inner side of the nearly conical cylinder ring and corresponds to the height position of the outer island boss, then the roundness precision of the special-shaped section ring blank with the inner rotary boss is improved by reshaping, finally, the outer surface of the special-shaped thin-wall casing ring forging is formed by near-net forming, and the volume of the inner rotary boss is transferred to the outer surface to obtain the outer island boss. The method for near-net forming the outer surface of the special-shaped thin-wall casing ring forging and obtaining the outer island boss on the outer surface can ensure the outer diameter and the accuracy of the outer island boss and has low machining allowance.)

带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件轧制方法

技术领域

本发明属于锻造和环件轧制技术领域，具体涉及一种带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件轧制方法。

背景技术

在锻造和环件轧制技术领域，将直径较小壁厚较大的环坯轧制成为直径较大壁厚减薄的环锻件的锻造工序称为环件轧制。现有轧制装备根据不同分类，可以分为卧式环轧机和立式环轧机，或者分为径向环轧机和径轴向环轧机。在这些环轧机上通过各种不同辊型配合能够轧制出多种多样截面形状的环锻件产品。但是现有的环轧机和轧制工艺生产的环锻件产品都具有轴对称回转体特征，无法轧制在回转体外表面带有岛屿凸台的环件(这里说的岛屿凸台，表示凸台具有一定高度且不连续，在回转体环件外表面任意分布)。

对于上述带外岛屿凸台环件，如带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件，在加上其普遍预留了较大的机加工余量，目前采用先轧制出包络外岛屿凸台的更大的回转环锻件，将外岛屿凸台和其它精细轮廓都包络在保罗面内，形成非常大壁厚的环锻件，此时壁厚一般在40mm以上，再通过数控铣(因为数控车无法加工，通常需要5轴联动铣削加工外表面的3D曲面)的方式，去除外表面除凸台以外的多余材料，这样不但浪费原材料(材料利用率只有5％左右)，而且由于不是轴对称回转特征，只能采用5轴数控加工，极大增加机加工周期和成本，降低了产品整体的制造效率，特别在航空航天领域，大量使用高温合金钛合金材料，不仅加工难度更大，而且浪费的原材料更昂贵。目前即使有用套模闭式轧制，但是因为上料装模过程复杂，环坯温降过大，使环件精密特征的成形非常困难，甚至不可能成形出这些精密特征。

发明内容

本发明的目的是提供一种带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件轧制方法，本发明通过精轧制近净成形异型薄壁机匣环锻件外表面并将内回转凸台体积转移到外表面得到外岛屿凸台，能保证环锻件外直径精度和外岛屿凸台精度，降低了环锻件机加工余量。

本发明所采用的技术方案是：

一种带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件轧制方法，目标异型薄壁机匣环锻件的一部为近矩形截面环、另一部为近锥筒环且带有外岛屿凸台，先下料镦粗冲孔得到近矩形截面环坯，然后单边扩口得到厚壁异型截面环坯，然后轧制得到异型截面环坯，然后先粗轧制得到带内回转凸台的异型截面环坯，内回转凸台为一圈位于近锥筒环内侧对应外岛屿凸台高度位置处的环状突起，再整形提高带内回转凸台的异型截面环坯的圆度精度，最后精轧，近净成形异型薄壁机匣环锻件外表面并将内回转凸台体积转移到外表面得到外岛屿凸台；

所采用的精轧模具包括能主动旋转的驱动辊、芯辊和组合套模，驱动辊或芯辊能直线进给；组合套模包括套模和能合围成一圈的若干分瓣模，整圈分瓣模可拆卸的配合插放安装在套模内圈的锥面上，套模外圈与驱动辊接触且能被驱动辊带动旋转，整圈分瓣模内表面与异型薄壁机匣环锻件外表面相吻合，芯模工作部外表面与异型薄壁机匣环锻件内表面相适应，分瓣模具有对环坯轴向限位的结构且内表面对应位置设有与外岛屿凸台相适应的凹槽。

进一步地，各阶段的目标尺寸根据带外岛屿凸台的异型薄壁机匣零件倒推确定，先根据带外岛屿凸台的异型薄壁机匣零件的尺寸和双边放锻造余量得到带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件的尺寸，然后先将带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件的外岛屿凸台去除，再将所有外岛屿凸台体积和的数倍安排在对应高度位置的内表面，得到带内回转凸台的异型截面环坯的尺寸，然后根据选定的轧制比范围以及轴向截面积相等原则估算得到异型截面环坯，然后根据选定的轧制比范围以及轴向截面积相等原则估算得到厚壁异型截面环坯的尺寸，然后以冲头直径为内径，根据选定的高度比等比例确定近矩形截面环坯的尺寸，最后根据近矩形截面环坯的尺寸确定下料体积。

进一步地，外岛屿凸台为圆柱、三角棱柱、矩形柱。

进一步地，精轧开始前，先将整圈分瓣模沿轴向放入套模内圈并压紧，精轧完成后，从反方向将整圈分瓣模压脱。

进一步地，分瓣模与套模内圈之间锥面锥角为1°-3°。

进一步地，分瓣模的个数根据外岛屿凸台的个数确定。

本发明的有益效果是：

本发明先通过一系列预成形工艺合理分配体积得到带内回转凸台的异型截面环坯，然后通过精轧制近净成形异型薄壁机匣环锻件外表面并将内回转凸台体积转移到外表面得到外岛屿凸台，不但能保证环锻件最终的外直径精度，还能保证环锻件外表面和外岛屿凸台精度，大幅度提高了环件轧制精度，能使壁厚降低到20mm以下，提高材料利用率30％以上，极大降低了环锻件机加工余量，大幅度提高了生产效率，降低了生产成本。本发明采用的精轧模具，分瓣模与套模内圈锥面配合，方便分瓣模的安装和取出，能快速装模减少环坯温度降低并方便工具取出，而且轧制过程中分瓣模受到环坯的轴向力，使其与套模的锥面配合更紧。

附图说明

图1是本发明实施例中的带外岛屿凸台的异型薄壁机匣零件。

图2是本发明实施例中的带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件。

图3是本发明实施例中的带内回转凸台的异型截面环坯。

图4是本发明实施例中的异型截面环坯。

图5是本发明实施例中的厚壁异形截面环坯。

图6是本发明实施例中的近矩形截面环坯。

图7是本发明实施例精轧阶段的工作示意图。

图中：1-外岛屿凸台；2-内回转凸台；3-驱动辊；4-套模；5-分瓣模；6-带内回转凸台的异型截面环坯；7-芯辊；8-凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件轧制方法，包括步骤：

S1、根据带外岛屿凸台的异型薄壁机匣零件倒推确定各阶段的目标尺寸

如图1所示，本实施例中，带外岛屿凸台的异型薄壁机匣零件的一部为近矩形截面环、另一部为近锥筒环且带有外岛屿凸台1，材料为TC4，大端外径642mm，小端外径528mm，轴向高度177mm，均匀壁厚2mm，近矩形截面环高度74mm，近锥筒环外表面沿圆周方向均匀分布有12个多种形状的外岛屿凸台1(外岛屿凸台1的形状根据需要设置，一般是常见的柱形，在本实施例中为圆柱、三角棱柱、矩形柱三种)，外岛屿凸台1高度10mm；

先根据带外岛屿凸台的异型薄壁机匣零件的尺寸和双边放锻造余量(选10mm)得到带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件的尺寸，如图2所示；

然后先将带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件的外岛屿凸台1去除，再将所有外岛屿凸台1体积和的数倍(4-8倍，取6倍)安排在对应高度位置的内表面，得到带内回转凸台的异型截面环坯6的尺寸，如图3所示；

然后根据选定的轧制比范围(1.3-1.7，取1.5)以及轴向截面积相等原则估算得到异型截面环坯，如图4所示，小端外径400mm，小端内径320mm，大端外径544mm，大端内径452mm；

然后根据选定的轧制比范围以及轴向截面积相等原则估算得到厚壁异型截面环坯的尺寸，如图5所示；

然后以冲头直径为内径(选120mm)，根据选定的高度比(近矩形截面环坯以厚壁异型截面环坯高度的1.1-1.2倍为高度)等比例确定近矩形截面环坯的尺寸，如图6所示，内径120mm，小端外径268mm大端外径290mm。

最后根据近矩形截面环坯的尺寸确定下料体积。

S2、通过一系列预成形工艺合理分配体积得到带内回转凸台的异型截面环坯6

先下料镦粗冲孔得到近矩形截面环坯，然后将近矩形截面环坯加热到成形温度，在模具中单边扩口得到厚壁异型截面环坯，然后在轧环机上将厚壁异型截面环坯轧制得到异型截面环坯，然后更换驱动辊和芯辊，先粗轧制得到带内回转凸台的异型截面环坯6，内回转凸台2为一圈位于近锥筒环内侧对应外岛屿凸台1高度位置处的环状突起，再整形提高带内回转凸台的异型截面环坯6的圆度精度。

S3、精轧得到带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件

如图7所示，精轧模具包括能主动旋转的驱动辊3、芯辊7和组合套模，驱动辊3或芯辊7能直线进给；组合套模包括套模4和能合围成一圈的若干分瓣模5(分瓣模5的个数根据外岛屿凸台1的个数确定，本实施例采用12个分瓣模5)，整圈分瓣模5可拆卸的配合插放安装在套模4内圈的锥面上(分瓣模5与套模4内圈之间锥面锥角为1°-3°)，套模4外圈与驱动辊3接触且能被驱动辊3带动旋转，整圈分瓣模5内表面与异型薄壁机匣环锻件外表面相吻合，芯模7工作部外表面与异型薄壁机匣环锻件内表面相适应，分瓣模5具有对环坯6轴向限位的结构且内表面对应位置设有与外岛屿凸台1相适应的凹槽8；

精轧开始前，先将带内回转凸台的异型截面环坯6和整圈分瓣模5沿轴向放入套模4内圈并压紧，精轧时，近净成形异型薄壁机匣环锻件外表面并将内回转凸台2体积转移到外表面得到外岛屿凸台1，多余的材料留在内表面，有利于车削去除，上述热成形过程中，需要根据工件温度降低情况，适时重新加热到热成形温度，精轧完成后，放在压力机上从反方向将整圈分瓣模5压脱，分开分瓣模5、取出带外岛屿凸台的异型薄壁机匣环锻件。

本发明先通过一系列预成形工艺合理分配体积得到带内回转凸台的异型截面环坯6，然后通过精轧制近净成形异型薄壁机匣环锻件外表面并将内回转凸台2体积转移到外表面得到外岛屿凸台1，不但能保证环锻件最终的外直径精度，还能保证环锻件外表面和外岛屿凸台1精度，大幅度提高了环件轧制精度，能使壁厚降低到20mm以下，提高材料利用率30％以上，极大降低了环锻件机加工余量，大幅度提高了生产效率，降低了生产成本。本发明采用的精轧模具，分瓣模5与套模4内圈锥面配合，方便分瓣模5的安装和取出，能快速装模减少环坯6温度降低并方便工具取出，而且轧制过程中分瓣模5受到环坯6的轴向力，使其与套模4的锥面配合更紧。

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。