阅读说明：本技术 带外岛屿凸台的矩形截面环件精密轧制模具及方法 (Precision rolling die and method for rectangular-section ring part with island bosses ) 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矩形截面环件精密轧制模具及方法,该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；组合套模包括能合围成一圈的若干分瓣模以及将所有分瓣模上下夹紧连接的上夹板和下夹板,上夹板和下夹板的中部均设有芯辊通过孔,所有分瓣模、上夹板和下夹板在内表面形成环形槽,组合套模的外柱面与驱动辊接触且能被驱动辊带动旋转、环形槽用于容纳环坯、中部能容纳芯辊且芯辊工作部能配合伸入环形槽,分瓣模内表面对应位置设有与外岛屿凸台相适应的凹槽,环形槽及凹槽与带外岛屿凸台的矩形截面环件外表面相适应。本发明能轧制近净成形带外岛屿凸台的矩形截面环件,机加工余量低。(The invention discloses a precision rolling die and a precision rolling method for a ring piece with a rectangular section and an outer island boss, wherein the die comprises a driving roller, a core roller and a combined cover die which can rotate actively, and the driving roller or the core roller can feed linearly; the combined cover die comprises a plurality of split dies which can be enclosed into a circle, and an upper clamping plate and a lower clamping plate which are connected with all the split dies in a clamping manner, wherein core roller through holes are formed in the middle parts of the upper clamping plate and the lower clamping plate, annular grooves are formed in the inner surfaces of the upper clamping plate and the lower clamping plate, the outer cylindrical surface of the combined cover die is in contact with the driving roller and can be driven to rotate by the driving roller, the annular grooves are used for containing ring blanks, the middle parts of the combined cover die can contain the core rollers, the working parts of the core rollers can be matched with each other to extend into the annular grooves, grooves matched with the bosses of the outer island are formed in the corresponding positions of the inner surfaces of the split dies, and the annular grooves and the outer surfaces of the ring pieces with the rectangular sections and with the bosses of the outer island are matched. The invention can roll the near-net-shaped ring with the rectangular section and the island boss with the outside, and has low machining allowance.)

带外岛屿凸台的矩形截面环件精密轧制模具及方法

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矩形截面环件精密轧制模具及方法。

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)，对于这类带外岛屿凸台环件，目前采用先轧制出包络外岛屿凸台的更大的回转环锻件，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，极大增加了机加工周期，从而降低了产品整体的制造效率，并且浪费原材料，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。

发明内容

本发明的目的是提供一种带外岛屿凸台的矩形截面环件精密轧制模具及方法，本发明通过轧制得到的带外岛屿凸台的矩形截面环件，能保证环锻件最终的外直径精度和外岛屿凸台高度，达到近净形成形，降低了机加工余量，生产效率高，生产成本低。

本发明所采用的技术方案是：

一种带外岛屿凸台的矩形截面环件精密轧制模具，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；组合套模包括能合围成一圈的若干分瓣模以及将所有分瓣模上下夹紧连接的上夹板和下夹板，上夹板和下夹板的中部均设有芯辊通过孔，所有分瓣模、上夹板和下夹板在内表面形成环形槽，组合套模的外柱面与驱动辊接触且能被驱动辊带动旋转、环形槽用于容纳环坯、中部能容纳芯辊且芯辊工作部能配合伸入环形槽，分瓣模内表面对应位置设有与外岛屿凸台相适应的凹槽，环形槽及凹槽与带外岛屿凸台的矩形截面环件外表面相适应。

进一步地，分瓣模、上夹板和下夹板之间通过销钉定位、螺钉连接。

进一步地，销钉和螺钉绕轴心交替均布。

进一步地，分瓣模的个数根据外岛屿凸台的个数确定。

一种带外岛屿凸台的矩形截面环件精密轧制方法，采用上述带外岛屿凸台的矩形截面环件精密轧制模具进行两阶段轧制成形；第一阶段为扩径轧制，驱动辊通过组合套模带动环形槽内的环坯旋转，芯辊工作部配合伸入环形槽，驱动辊或芯辊进给，使环坯外径长大到与环形槽内径贴合；第二阶段为外岛屿凸台挤出轧制，驱动辊通过组合套模带动环形槽内的环坯旋转至挤压位置后，驱动辊或芯辊进给，使环坯部分材料转移至凹槽并填充。

进一步地，在第一阶段，驱动辊或芯辊进给速度计算式为

其中，R为分瓣模内表面半径，r₁为环坯初始内径，r₂为环坯初始外径，ω为组合套模转速，α为系数，取值范围3-5。

进一步地，在第二阶段，驱动辊或芯辊进给速度计算式为

其中，R为分瓣模内表面半径，r₁为环坯初始内径，r₂为环坯初始外径，ω为组合套模转速，α为系数，取值范围3-5。

本发明的有益效果是：

本发明可以通过轧制得到的带外岛屿凸台的矩形截面环件，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岛屿凸台高度，达到近净形成形，极大降低了环锻件机加工余量，不仅极大提高了生产效率，还能大幅降低生产成本；本发明中，分瓣模通过上夹板和下夹板对夹连接，既能形成环形槽限制环坯在轴向的移动，又方便环坯的放入和环锻件的取出。

附图说明

图1是本发明实施例中的带外岛屿凸台的矩形截面环件。

图2是本发明实施例中的环坯。

图3是本发明实施例中带外岛屿凸台的矩形截面环件精密轧制模具工作时的正剖图。

图4是本发明实施例中带外岛屿凸台的矩形截面环件精密轧制模具工作时的俯视图。

图5是本发明实施例中组合套模的正剖图。

图6是本发明实施例中带外岛屿凸台的矩形截面环件精密轧制模具工作时的俯视实物图。

图7是本发明实施例中轧制完成的带外岛屿凸台的矩形截面环件的实物图。

图中：1-驱动辊；2-上夹板；3-分瓣模；4-凹槽；5-环坯；6-环形槽；7-芯辊；8-下夹板；9-销钉；10-螺钉。

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。

如图1所示，为本发明实施例中的带外岛屿凸台的矩形截面环件，其中，不带外岛屿凸台的矩形截面环件部分外径170mm、内径130mm、轴向高度50mm，外岛屿凸台包括4个周向均匀分布在外表面的圆形凸台(根部最大直径30mm，其余直径25mm)，凸台高度20mm。

如图2所示，根据体积相等原则计算环坯5体积V＝γV₀,V₀是图1所示环件5体积，γ为系数，取值范围为1.01-1.03，然后保持轴向高度不变，得到环坯5外径2r₂＝150mm、内径2r₁＝100mm。

如图3和图4所示，带外岛屿凸台的矩形截面环件精密轧制模具包括能主动旋转的驱动辊1、芯辊7和组合套模，驱动辊1固定、芯辊7进给，或者驱动辊1进给、芯辊7固定；组合套模包括能合围成一圈的若干分瓣模3以及将所有分瓣模3上下夹紧连接的上夹板2和下夹板8，上夹板2和下夹板8的中部均设有芯辊通过孔，所有分瓣模3、上夹板2和下夹板8在内表面形成环形槽6，组合套模的外柱面与驱动辊1接触且能被驱动辊1带动旋转、环形槽6用于容纳环坯5、中部能容纳芯辊7且芯辊7工作部能配合伸入环形槽6，分瓣模3内表面对应位置设有与外岛屿凸台相适应的凹槽4(分瓣模3的个数根据外岛屿凸台的个数确定)，环形槽6及凹槽4与带外岛屿凸台的矩形截面环件外表面相适应。

如图4所示，在本实施例中，分瓣模3、上夹板2和下夹板8之间通过销钉9定位、螺钉10连接，销钉9和螺钉10绕轴心交替均布。

立式轧环机D51-350的具体参数，其驱动辊1转速为30转/分钟，驱动辊1外径700mm；根据图1所示带外岛屿凸台的矩形截面环件，得到图5所示组合套模具体尺寸，组合套模外径264mm、内径2R＝170mm、轴向高度110mm。

如图6所示，将环坯5封在组合套模内并安装到轧机上后，采用上述带外岛屿凸台的矩形截面环件精密轧制模具进行两阶段轧制成形时：

第一阶段为扩径轧制，驱动辊1通过组合套模带动环形槽6内的环坯5旋转，芯辊7工作部配合伸入环形槽6，驱动辊1或芯辊7进给，使环坯5外径长大到与环形槽6内径贴合；

驱动辊1或芯辊7进给速度为

其中，R为分瓣模3内表面半径，r₁为环坯5初始内径，r₂为环坯5初始外径，ω为组合套模转速，α为系数，取值在3-5范围内选4。

进给时间0.5秒。

第二阶段为外岛屿凸台挤出轧制，驱动辊1通过组合套模带动环形槽6内的环坯5旋转至挤压位置后，驱动辊1或芯辊7进给，使环坯5部分材料转移至凹槽4并填充；

驱动辊1或芯辊7进给速度为

进给时间2.5秒。

轧制完成，取下组合套模，先取出螺钉10和销钉9，移除上夹板2和下夹板8后，将带外岛屿凸台的矩形截面环件从分瓣模3中取出，如图7所示。

本发明可以通过轧制得到的带外岛屿凸台的矩形截面环件，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岛屿凸台高度，达到近净形成形，极大降低了环锻件机加工余量，不仅极大提高了生产效率，还能大幅降低生产成本；本发明中，分瓣模3通过上夹板2和下夹板8对夹连接，既能形成环形槽6限制环坯5在轴向的移动，又方便环坯5的放入和环锻件的取出。

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。