制坯辊锻型槽的设计方法与要点

制坯辊锻型槽设计的内容是确定各道次型槽的横向尺寸，设计方法有计算法和图解法。

1.计算法

计算法所需的原始数据来自辊锻毛坯图和辊锻最后道次的坯料断面积和断面的形状及尺寸。在确定辊锻道次n及型槽孔型系后，根据已知原始坯料断面尺寸和辊锻后坯料断面尺寸，在满足辊锻的咬入条件下，逐道次地计算变形，求出每一道次辊锻坯料断面尺寸，然后换算成型槽断面尺寸。按计算顺序，计算法可分为正算法和逆算法。变形计算的任务是计算每一道次的压下量和坯料的宽展变形，从而求出相应道次的坯料断面尺寸。正算法根据原始坯料尺寸，依辊锻顺序由前向后逐道进行计算；逆算法根据最后辊锻出的坯料断面尺寸，由后向前逐道进行计算。

（1）椭圆孔型断面　计算目的是为了求得椭圆孔型断面的高度h_孔及宽度b_孔。

当δ=0.9时，h_孔由下列经验公式求得

A_椭——坯料的真实椭圆断面积，是已知值。

上式中有h_孔、b_孔两个未知数，因此要与下式联立求解。

式中，右边分子b/h_孔为轴长比，δ为充满系数，都是已知值。

将两式联立，则可求得h_孔、b_孔。

当δ≠0.9，公式中的经验数据有所变化，具体公式如下：

当δ=1时，

当δ=0.8时，

当δ=0.7时，

大圆弧R可用作图法（h_孔、b_孔已知，过三点作一圆弧），也可用下式求得

两轧辊的间隙S=（0.007～0.01）D₀，一般取0.008D₀。D₀为两轧辊的中心距。

孔型边缘圆角半径r=0.15b_孔。

（2）方孔型断面 计算目的是为了求得方孔型的边长c₁。根据几何推导，方孔型的边长为

式中 A_方——坯料的真实方孔型断面面积；

δ——型槽充满系数。

当δ=0.9时，则

实际生产中，金属不可能充满方孔型的上下两尖角，型槽上下面顶端做成圆角（r₁=0.15a₁）。为保证入的数值，因此要适当加大c₁值：

两轧辊的间隙z=0.008D₀，孔型边缘圆角半径r₁=0.1a₁。

（3）圆孔型断面

计算目的是求得圆孔型的直径d₁。按经验公式，圆孔型的直径为

式中 A_圆——坯料的真实圆形断面面积。

两轧辊的间隙z=0.007D₀，孔型边缘圆角半径r=0.05d₁。

2.型槽设计的图解方法

前面介绍了制坯辊锻型槽设计的计算方法，采用计算方法设计时，其计算过程仍是较为麻烦的。为简化型槽设计过程的变形计算，本节中将介绍几种型槽系的图解设计方法。

（1）圆—椭圆型槽系的单道次辊锻

在单道次辊锻时，如已知锻辊中心距D₀、原始毛坯横断面面积A₀、辊锻后毛坯断面面积A₁及型槽充满程度δ=0.8，椭圆型槽设计可按以下步骤进行：

1）求出延伸系数λ1

2）求出D₀/d₁之值（d₀为原始毛坯直径）。

3）根据求得的λ₁及D₀/d₁之值，查图7-13（按图上箭头所示方法查取），即可求出椭圆毛坯的轴长比a₁及压缩系数d₀/h₁之值。式中h₁为椭圆毛坯（型槽）高度。因d₀是已知的，故

4）椭圆毛坯及型槽的其他几何尺寸：

椭圆毛坯宽度：b₁=a₁h₁（7-1）

椭圆型槽轴长比：

椭圆型槽理论宽度：b_k=a_kh₁（7-3）

椭圆型糟实际宽度：

椭圆型槽半径：

椭圆型槽圆角半径：r=（0.1～0.2）b_k （7-6）

椭圆型槽间隙z可在2～4mm内选取。

已知D₀、b₀和a₁，其延伸系数λ₁及压缩系数d₀/h₁亦可在图7-13中查取，然后设计出椭圆型槽尺寸。

图7-13 在椭圆型槽中辊锻圆形坯料时，计算椭圆坯料

轴长比a₁及压缩系数d₀/h₁的图表，型槽充满程度δ=0.8

（2）圆—椭圆—圆型槽系的两道次辊锻

在选用圆—椭圆—圆型槽系两道次辊锻时，如已知锻辊中心距D₀，原始坯料直径d₀和辊锻后最终直径d₁，椭圆型槽充满程度取δ=0.8，圆形型槽充满程度取1.0，则其型槽设计步骤如下；

1）计算D₀/d₀和d₁/d₀之值。

2）查图7-14的上半部，可以求出椭圆毛坯的轴长比a₁；在图表的下部，用已知的D₀/d₀和已求得的a₁确定h₁/d₁之值，然后用下式计算椭圆毛坯高度：

3）根据以上计算结果，利用式（7-1）～式（7-6）计算椭圆型槽尺寸。

4）圆形坯料在椭圆型槽中辊锻时的延伸系数λ₁由图7-13确定，椭圆坯料在圆形型槽中辊锻时的延伸系数λ₂=d²₀/（d²₁λ₁）。

图7-14 在圆—椭圆—圆型槽孔系两道次辊锻时，计算椭圆坯料 尺寸的图表，椭圆型槽的充满程度为0.8，圆型槽为1(www.xing528.com)

（3）圆—椭圆—方型槽孔型系的两次辊锻

已知条件是：

锻辊中心距D₀；

原始坯料直径d₀和辊锻后方形坯料边长c；

椭圆和方形型槽充满程度均为δ=0.90。

型槽设计步骤如下：

1）计算之D₀/h_k2和d₀/h_k2值，h_k2为方形型槽的理论高度及宽度。

2）查图7-15上半部分，求出椭圆坯料的轴长比a₁，用已知的D₀/h_k2和已求得的a₁值查图7-15下半部分以确定h₁/h_k2之值。则椭圆型槽高度

3）根据上述结果计算型槽尺寸。其中方形型槽的尺寸如下：

椭圆型槽尺寸按式（7-1）～式（7-6）计算椭圆型槽尺寸。

4）计算各道次延伸系数。在方形型槽中辊锻椭圆坯料的延伸系数为

λ₁可按已知条件及λ₂值来计算。

图7-15 在圆—椭圆—方型槽孔系两道次辊锻时，计算椭圆坯料尺寸的图表，椭圆和方型槽的充满程度为0.9

（4）方—椭圆型槽孔型系的单道次辊锻（见图7-16a）

图7-16 方—椭圆、方—椭圆—圆、方—椭圆—方型槽孔系

已知条件是：

锻辊中心距D₀；

辊锻前和辊锻后的坯料断面面积A₀和A₁；

方形断面原始坯料边长c₀；

椭圆型槽的充满程度δ=0.8。

型槽设计步骤如下：

1）计算坯料在椭圆型槽中的延伸系数λ=A₀/A₁和参数D₀/c₀。

2）查图7-17，求出椭圆断面坯料的轴长比a₁和压缩系数c₀/h₁。

图7-17 在方坯进入椭圆型槽辊锻时，确定椭圆坯料轴长比a₁和压缩系数c₀/h₁的图表（椭圆型槽充满程度δ=0.8）

3）计算椭圆坯料（或型槽）的高度h₁：

4）按式（7-1）～式（7-6）计算椭圆型槽尺寸。

（5）方—椭圆—圆型槽孔型系的两道次辊锻（见图7-16b）

已知条件是：

锻辊中心距D₀；

方形断面原始坯料的边长c₀；

两道次辊锻后的圆形断面坯料直径d₁；

椭圆断面型槽充满程度δ=0.8，圆形断面型槽的充满程度δ=1.0。

型槽设计步骤如下：

1）计算D₀/d₁及c₀/d₁值。

2）查图7-18上半部分，求出椭圆坯料轴长比a₁，然后按已知的D₀/d₁和已求得的a₁查图7-18下半部分确定h₁/d₀，从而求出椭圆断面型槽高度h₁。

图7-18 在方坯—椭圆—圆型槽系辊锻时，决定椭圆坯料尺寸的图表（椭圆型槽充满程度δ₁=0.8）

3）按式（7-1）～式（7-6）计算椭圆模膛的其他尺寸。

4）圆形断面型槽的圆角半径r=0.2d₁，辊锻模具间隙z=（0.007～0.010）D₀。

5）计算各道次的延伸系数。第一道次的延伸系数λ₁按图7-17查取，第二道次延伸系数。λ₂=λ_max/λ₁。

（6）方—椭圆—方型槽孔型系两道次辊锻（见图7-16c）

已知条件是：

锻辊中心距D₀；

方形断面原始坯料和两道次辊锻后坯料断面边长c₀及c₁；

椭圆型槽充满程度δ=0.9。

中间椭圆断面尺寸按图7-19确定，步骤如下：

1）计算出D₀/h_k2和c₀/h₁之值。

2）查图7-19上半部分，求出椭圆断面轴长比a₁，然后按已知的D₀/h_k2和已求得的a₁值查图7-19下半部分，求出h₁/h_k2之值。

图7-19 方—椭圆—圆型槽系决定椭圆坯料尺寸的图表（椭圆型槽充满程度δ=0.9）

3）按式（7-1）～式（7-6）计算椭圆型槽的其他尺寸。

4）方形断面型槽实际高度按h₂=2c₁-0.83r₁计算，圆角半径r₁=0.15c₁，r₂=0.10c₁。