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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410503779.9(22)申请日 2014.09.26B21H 1/06(2006.01)(71)申请人 西安石油大学地址 710065 陕西省西安市电子二路东段18 号西安石油大学(72)发明人 李兰云 李霄 刘静 何志 高彬(74)专利代理机构 西安西达专利代理有限责任公司 61202代理人 第五思军(54) 发明名称一种 GCr15 钢薄壁深筒环件双向联合辗轧成形的方法(57) 摘要一种 GCr15 钢薄壁深筒环件双向联合辗轧成形的方法，其步骤是 ：首先，确定薄壁深筒环件产品的材料属性为 GCr15 钢以及其几何尺寸取值，。
2、并确定环件双向联合辗轧时的毛坯和芯辊分别为矩形截面毛坯和矩形截面芯辊；其次，根据所确定的辗轧比和变形量分配比取值计算出矩形截面毛坯几何尺寸取值，并据此加工制作 GCr15 钢矩形截面毛坯；再次，将GCr15钢矩形截面毛坯放入加热炉中加热，当温度达到 115030oC 时取出并随即将其放入双向联合辗轧机内进行双向联合辗轧，使其产生径向壁厚减小、轴向高度增大、内外半径扩大的塑性变形而成为 GCr15 钢薄壁深筒环件产品。本发明能有效提高 GCr15 钢薄壁深筒环件产品的生产效率、缩短生产时间、降低生产成本，有利于促进环件辗轧精确塑性成形制造技术的进一步发展。(51)Int.Cl.(19)中华人民共。
3、和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书4页 附图2页(10)申请公布号 CN 104438989 A(43)申请公布日 2015.03.25CN 104438989 A1/2 页21.一种 GCr15 钢薄壁深筒环件双向联合辗轧成形的方法，其特征在于，包括如下步骤 ：步骤一，确定薄壁深筒环件的材料为 GCr15 钢 ；步骤二，确定薄壁深筒环件几何尺寸的取值，薄壁深筒环件的几何尺寸包括薄壁深筒环件的外半径 RR、内半径 rR、径向壁厚 WR和轴向高度 HR；步骤三，选定环件双向联合辗轧时的毛坯为矩形截面毛坯，且其材料为 GCr15 钢 ；步骤四，确定环件双向联合辗轧时的芯辊。
4、为矩形截面芯辊，且其外半径取值为 RM；步骤五，确定出辗轧比 值，先按不等式 (1) 计算出辗轧比 的合理取值范围，然后在所计算出的辗轧比 合理取值范围选择确定出一个辗轧比 值 ；步骤六，确定出变形量分配比 k 值，先按不等式 (2) 计算出变形量分配比 k 的合理取值范围，然后在所计算出的变形量分配比 k 合理取值范围选择确定出一个变形量分配比 k值；步骤七，计算确定出矩形截面毛坯几何尺寸的取值，矩形截面毛坯几何尺寸具体为矩形截面毛坯的径向壁厚 WB按式 (3) 计算取值、矩形截面毛坯的轴向高度 HB按式 (4) 计算取值、矩形截面毛坯的内半径 rB按式 (5) 计算取值、矩形截面毛坯的外半。
5、径 RB按式 (6) 计算取值 ；步骤八，加工制作出GCr15钢矩形截面毛坯，将GCr15钢棒料段从室温均匀加热到115030，然后将热态 GCr15 钢棒料段镦粗、冲孔、去应力退火，按步骤七中计算出的矩形截面毛坯几何尺寸取值加工制作成环件双向联合辗轧用的 GCr15 钢矩形截面毛坯 ；步骤九，将 GCr15 钢矩形截面毛坯放入加热炉中加热，当温度达到 115030时取出并随即将其放入双向联合辗轧机内，对其进行双向联合辗轧，使其产生径向壁厚减小、轴向高度增大、内外半径扩大的塑性变形而成为 GCr15 钢薄壁深筒环件产品。2.根据权利要求 1 所述的一种 GCr15 钢薄壁深筒环件双向联合辗轧成。
6、形的方法，其特征在于，包括如下步骤 ：步骤一，确定薄壁深筒环件的材料为 GCr15 钢 ；步骤二，确定薄壁深筒环件几何尺寸取值，薄壁深筒环件的几何尺寸包括薄壁深筒环权 利 要 求 书CN 104438989 A2/2 页3件的外半径 RR 300mm、内半径 rR 270mm、径向壁厚 WR 30mm 和轴向高度 HR 150mm ；步骤三，选定环件双向联合辗轧时的毛坯为矩形截面毛坯，且其材料为 GCr15 钢 ；步骤四，确定出环件双向联合辗轧时的芯辊为矩形截面芯辊，且假定其外半径取值为RM 120mm ；步骤五，确定辗轧比值，先按不等式(1)计算出辗轧比的合理取值范围为1,1.92，再在所计。
7、算出的辗轧比 合理取值范围 1,1.92 内选择确定出一个辗轧比 值为 1.4 ；步骤六，确定变形量分配比 k 值，先按不等式 (2) 计算出变形量分配比 k 的合理取值范围为-0.82,0，再在所计算出的变形量分配比k合理取值范围-0.82,0内选择确定出一个变形量分配比 k 值为 -0.7 ；步骤七，计算确定出矩形截面毛坯几何尺寸的取值，矩形截面毛坯几何尺寸具体为矩形截面毛坯的径向壁厚 WB 45.2mm、矩形截面毛坯的轴向高度 HB 139.4mm、矩形截面毛坯的内半径 rB 181.0mm、矩形截面毛坯的外半径 RB 226.2mm ；步骤八，加工制作矩形截面GCr15钢毛坯，将GCr。
8、15钢棒料段从室温均匀加热到1150，然后将热态 GCr15 钢棒料段镦粗、冲孔、去应力退火，按步骤七中计算出的矩形截面毛坯几何尺寸取值加工制作成环件双向联合辗轧用的 GCr15 钢矩形截面毛坯 ；步骤九，将矩形截面 GCr15 钢毛坯放入加热炉中加热，当温度达到 1150时取出并随即将其放入双向联合辗轧机内，对其进行双向联合辗轧，使其产生径向壁厚减小、轴向高度增大、内外半径扩大的塑性变形过程而成为 GCr15 钢薄壁深筒环件产品。权 利 要 求 书CN 104438989 A1/4 页4一种 GCr15 钢薄壁深筒环件双向联合辗轧成形的方法技术领域0001 本发明属于环件辗轧精确塑性成形制造。
9、技术领域，具体涉及一种 GCr15 钢薄壁深筒环件双向联合辗轧成形的方法。背景技术0002 薄壁深筒环件广泛应用于航空航天、能源、汽车、船舶、化工等工业领域中的高颈法兰和高压桶形阀等装备中。它不仅要求具有较高的精度，而且要求具有较好的性能。薄壁深筒环件传统的加工制造工艺为机械加工与马架扩孔工艺，但它们存在的变形抗力大、能源材料消耗大、后续机加工量大等缺点。0003 环件双向联合辗轧作为一种先进塑性成形技术，具有产品性能好、材料利用率高和生产成本低等优点，是目前世界各国石油化工、能源机械、汽车和航空航天等高技术领域中的零构件成形制造实现轻量化、精确化、柔性化、高性能、高效率、低成本和短周期的重要。
10、途径。因此，申请号为【201210472643.7】的发明专利公开了一种筒形件的精密轧制成形方法及装置，申请号【201310047547.2】的发明公开了一种双金属筒形件的精密轧制成形方法，环件双向联合辗轧近年来已被开始用来加工制造筒形环件。但在这两份发明专利中，虽然利用了环件双向联合辗轧技术，但在成形制造过程中是先进行径向轧制 ( 即环件的壁厚减小、轴向高度不变、内外半径扩大)再进行轴向轧制(即环件的壁厚减小、轴向高度增大、内外半径不变 )，这种方式未能充分发挥出环件双向联合辗轧的优点。发明内容0004 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种 GCr15 钢薄壁深筒环件双向联。
11、合辗轧成形的方法，具有生产效率高、生产成本低的特点。0005 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是 ：一种 GCr15 钢薄壁深筒环件双向联合辗轧成形的方法，包括如下步骤 ：0006 步骤一，确定薄壁深筒环件的材料为 GCr15 钢 ；0007 步骤二，确定薄壁深筒环件几何尺寸的取值，薄壁深筒环件的几何尺寸包括薄壁深筒环件的外半径 RR、内半径 rR、径向壁厚 WR和轴向高度 HR；0008 步骤三，选定环件双向联合辗轧时的毛坯为矩形截面毛坯，且其材料为 GCr15 钢 ；0009 步骤四，确定环件双向联合辗轧时的芯辊为矩形截面芯辊，且其外半径取值为 RM；0010 步骤五，确定出辗轧比 。
12、值，先按不等式 (1) 计算出辗轧比 的合理取值范围，再在所计算出的辗轧比 合理取值范围选择确定出一个辗轧比 值 ；0011 0012 步骤六，确定出变形量分配比 k 值，先按不等式 (2) 计算出变形量分配比 k 的合理取值范围，再在所计算出的变形量分配比 k 合理取值范围选择确定出一个变形量分配比 k值；说 明 书CN 104438989 A2/4 页50013 0014 步骤七，计算确定出矩形截面毛坯几何尺寸的取值，矩形截面毛坯几何尺寸具体为矩形截面毛坯的径向壁厚 WB按式 (3) 计算取值、矩形截面毛坯的轴向高度 HB按式 (4) 计算取值、矩形截面毛坯的内半径 rB按式 (5) 计算。
13、取值、矩形截面毛坯的外半径 RB按式 (6)计算取值 ；0015 0016 0017 0018 0019 步骤八，加工制作出GCr15钢矩形截面毛坯，将GCr15钢棒料段从室温均匀加热到115030，然后将热态 GCr15 钢棒料段镦粗、冲孔、去应力退火，按步骤七中计算出的矩形截面毛坯几何尺寸取值加工制作成环件双向联合辗轧用的 GCr15 钢矩形截面毛坯 ；0020 步骤九，将 GCr15 钢矩形截面毛坯放入加热炉中加热，当温度达到 115030时取出并立刻将其放入双向联合辗轧机内，对其进行双向联合辗轧，使其产生径向壁厚减小、轴向高度增大、内外半径扩大的塑性变形而成为 GCr15 钢薄壁深筒环。
14、件产品。0021 本发明的有益效果是 ：0022 本发明采用环件双向联合辗轧工艺，对 GCr15 钢矩形截面毛坯经过多转连续的辗轧，使其产生径向壁厚减小、轴向高度增大、内外半径扩大的塑性变形，从而成形制造出达到预定 几何尺寸的 GCr15 钢薄壁深筒矩形截面环件产品。本发明能有效提高 GCr15 钢薄壁深筒环件产品的生产效率、缩短生产时间、降低生产成本，有利于促进环件辗轧精确塑性成形制造技术的进一步发展。附图说明0023 图 1 为本发明的薄壁深筒矩形截面环件产品结构示意图。图中，环件产品的外半径为 RR、内半径为 rR、径向壁厚为 WR、轴向高度为 HR。0024 图 2 为本发明的矩形截面。
15、毛坯结构示意图。图中，矩形截面毛坯的外半径为 RB、内半径为 rB、径向壁厚为 WB、轴向高度为 HB。0025 图 3 为本发明的环件双向联合辗轧时的芯辊结构示意图。图中，芯辊的外半径为RM。0026 图 4 为本发明的环件双向联合辗轧过程中环件截面变化示意图。其中，图 4(a) 为环件双向联合辗轧开始时的毛坯截面形状，其外半径为 RB、内半径为 rB、径向壁厚为 WB、轴向高度为HB；图4(b)为环件双向联合辗轧开始后在P1时刻时的环件截面形状，此时环件的外半径为 RP1、内半径为 rP1、径向壁厚为 WP1、轴向高度为 HP1，且满足 RP1RB、rP1rB、WP1HB；图 4(c) 为。
16、环件双向联合辗轧开始后在 P2 时刻时的环件截面形状，此时环件的外半径为 RP2、内半径为 rP2、径向壁厚为 WP2、轴向高度为 HP2，且满足 P2P1、RP2RP1、rP2rP1、WP2HP1；图4(d)为环件双向联合辗轧结束时的环件截面形状，此时环件的外半径为RR、内半径为 rR、径向壁厚为 WR、轴向高度为 HR，且满足 RRRP2、rRrP2、WRHP2。具体实施方式0027 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但是所给出的实施例不会构成对本发明的限制。0028 一种 GCr15 钢薄壁深筒环件双向联合辗轧成形的方法，包括以下步骤 ：0029 步骤一，确定薄壁深筒环件的材。
17、料为 GCr15 钢 ；0030 步骤二，确定 ( 如图 1 所示 ) 薄壁深筒环件几何尺寸取值，薄壁深筒环件的几何尺寸包括薄壁深筒环件的外半径 RR、内半径 rR、径向壁厚 WR和轴向高度 HR；0031 步骤三，选定环件双向联合辗轧时的毛坯为 ( 如图 2 所示 ) 矩形截面毛坯，且其材料为 GCr15 钢 ；0032 步骤四，确定环件双向联合辗轧时的芯辊为 ( 如图 3 所示 ) 矩形截面芯辊，且其外半径 取值为 RM；0033 步骤五，确定出辗轧比 值，先按不等式 (1) 计算出辗轧比 的合理取值范围，再在所计算出的辗轧比 合理取值范围选择确定出一个辗轧比 值 ；0034 0035 步。
18、骤六，确定出变形量分配比 k 值，先按不等式 (2) 计算出变形量分配比 k 的合理取值范围，再在所计算出的变形量分配比 k 合理取值范围选择确定出一个变形量分配比 k值；0036 0037 步骤七，计算确定出矩形截面毛坯几何尺寸的取值，矩形截面毛坯几何尺寸具体为矩形截面毛坯的径向壁厚 WB按式 (3) 计算取值、矩形截面毛坯的轴向高度 HB按式 (4) 计算取值、矩形截面毛坯的内半径 rB按式 (5) 计算取值、矩形截面毛坯的外半径 RB按式 (6)计算取值 ；0038 0039 0040 0041 说 明 书CN 104438989 A4/4 页70042 步骤八，加工制作出GCr15钢矩。
19、形截面毛坯，将GCr15钢棒料段从室温均匀加热到115030，然后将热态 GCr15 钢棒料段镦粗、冲孔、去应力退火，按步骤七中计算出的矩形截面毛坯几何尺寸取值加工制作成环件双向联合辗轧用的 GCr15 钢矩形截面毛坯 ；0043 步骤九，将 GCr15 钢矩形截面毛坯放入加热炉中加热，当温度达到 115030时取出并随即将其放入双向联合辗轧机内，对其进行双向联合辗轧，使其产生 ( 如图 4 所示 )径向壁厚减小、轴向高度增大、内外半径扩大的塑性变形而成为 GCr15 钢薄壁深筒环件产品。0044 实施例 ：假设最终的 GCr15 钢薄壁深筒矩形截面环件产品的外半径为 200mm、内半径为 1。
20、80mm、径向壁厚为 20mm、轴向高度为 150mm。0045 步骤一，确定薄壁深筒环件的材料为 GCr15 钢 ；0046 步骤二，确定 ( 如图 2 所示 ) 薄壁深筒环件几何尺寸取值，薄壁深筒环件的几何尺寸包 括薄壁深筒环件的外半径 RR 300mm、内半径 rR 270mm、径向壁厚 WR 30mm 和轴向高度 HR 150mm ；0047 步骤三，选定环件双向联合辗轧时的毛坯为 ( 如图 3 所示 ) 矩形截面毛坯，且其材料为 GCr15 钢 ；0048 步骤四，确定出环件双向联合辗轧时的芯辊为 ( 如图 4 所示 ) 矩形截面芯辊，且假定其外半径取值为 RM 120mm ；004。
21、9 步骤五，确定辗轧比 值，先按不等式 (1) 计算出辗轧比 的合理取值范围为1,1.92，再在所计算出的辗轧比 合理取值范围 1,1.92 内选择确定出一个辗轧比 值为 1.4 ；0050 步骤六，确定变形量分配比 k 值，先按不等式 (2) 计算出变形量分配比 k 的合理取值范围为-0.82,0，再在所计算出的变形量分配比k合理取值范围-0.82,0内选择确定出一个变形量分配比 k 值为 -0.7 ；0051 步骤七，计算确定出矩形截面毛坯几何尺寸的取值，矩形截面毛坯几何尺寸具体为矩形截面毛坯的径向壁厚 WB 45.2mm、矩形截面毛坯的轴向高度 HB 139.4mm、矩形截面毛坯的内半径。
22、 rB 181.0mm、矩形截面毛坯的外半径 RB 226.2mm ；0052 步骤八，加工制作矩形截面 GCr15 钢毛坯，将 GCr15 钢棒料段从室温均匀加热到1150，然后将热态 GCr15 钢棒料段镦粗、冲孔、去应力退火，按步骤七中计算出的矩形截面毛坯几何尺寸取值加工制作成环件双向联合辗轧用的 GCr15 钢矩形截面毛坯 ；0053 步骤九，将矩形截面 GCr15 钢毛坯放入加热炉中加热，当温度达到 1150时取出并随即将其放入双向联合辗轧机内，对其进行双向联合辗轧，使其产生径向壁厚减小、轴向高度增大、内外半径扩大的塑性变形过程而成为 GCr15 钢薄壁深筒环件产品。说 明 书CN 104438989 A1/2 页8图1图2图3图 4（a）图 4（b）说 明 书 附 图CN 104438989 A2/2 页9图 4（c） 图 4（d）说 明 书 附 图CN 104438989 A。