材料課件材料成型工程第三講寬展

2軋制過程中橫變形---寬展2.1寬展及其分類2.1.1寬展與研究寬展的意義1)寬展:在軋制過程中，當(dāng)軋件受到壓下后，金屬除按最小阻力法則沿縱向延伸外，在橫向也產(chǎn)生變形，稱之為橫變形。軋制前、后軋件沿橫向尺寸的絕對差值，稱為絕對寬展簡稱為寬展.2)研究寬展的意義研究軋制過程中寬展的規(guī)律具有很大的實(shí)際意義,具體講為:(1)擬訂軋制工藝時需要確定軋件寬展.(給定坯料尺寸和壓下量，確定軋制后產(chǎn)品的尺寸，或者已知軋制后軋件的尺寸和壓下量，要求定出所需坯料的尺寸)(2)孔型軋制中,必須正確地確定寬展的大小，否則不是孔型充不滿，就是過充滿.由于問題本身的復(fù)雜性，到目前為止，還沒有一個能適應(yīng)多種情況下準(zhǔn)確地計算寬展的理論公式。所以在生產(chǎn)實(shí)際中習(xí)慣于使用一些經(jīng)驗公式和數(shù)據(jù)，來適應(yīng)各自的具體情況?？仔蛙堉茖捳挂饬x2.1.2寬展的種類根據(jù)金屬沿橫向上流動的自由程度，寬展可分為：自由寬展、限制寬展和強(qiáng)制寬展.1）自由寬展：坯料在軋制過程中，被壓下的金屬體積可以自由展寬的量。此時，金屬流動除來自軋輥的摩擦阻力外，不受任何其它的阻礙和限制。因此，自由寬展的軋制是軋制變形中的最簡單的情況。在平輥上或者是沿寬度上有很大富余的扁平孔型內(nèi)軋制時，就屬于這種情況。

2）限制寬展軋制中，被壓下的金屬與孔型兩側(cè)壁接觸，孔型的側(cè)壁限制著金屬沿橫向自由流動，金屬被迫取得孔型側(cè)邊輪廓的形狀。此時，軋件得到的寬展不是自由的，除受摩擦力外，還受到孔型的限制。此外，在斜配孔型內(nèi)軋制時，寬展可能為負(fù)值。

3)強(qiáng)制寬展

被壓下的金屬受軋輥孔型凸峰的切展而強(qiáng)制金屬沿橫向流動，使軋件的寬度增加，這種變形叫做強(qiáng)制度展。在立軋孔內(nèi)軋制鋼軌時是強(qiáng)制寬展的最好例子，如下圖所示。軋制寬扁鋼時采用的'切展'孔型也是說明強(qiáng)制寬展的實(shí)例。

確定金屬在孔型內(nèi)軋制時的展寬是十分復(fù)雜的，盡管做過大量的研究工作，但在限制或強(qiáng)制寬展孔型內(nèi)金屬流動的規(guī)律還不十分清楚。2.1.3寬展的組成軋輥與軋件接觸摩擦變形區(qū)幾何形狀和尺寸的不同使沿接觸表面上金屬質(zhì)點(diǎn)的流動軌跡與接觸面附近的區(qū)域和遠(yuǎn)離的區(qū)域是不同的。組成：滑動寬展ΔB1翻平寬展ΔB2

鼓形寬展ΔB31）滑動寬展滑動寬展變形金屬在軋輥的接觸面上，由于產(chǎn)生相對滑動使軋件寬度增加的量以ΔB1表示，展寬后此部分的寬度為：B1＝BH＋ΔB12）翻平寬展由于接觸磨擦阻力，軋件側(cè)面的金屬在變形過程中翻轉(zhuǎn)到接觸表面，使軋件的寬度增加，增加的量以ΔB2表示，展寬的后軋件的寬度為B2＝B1＋ΔB2＝BH＋ΔB1＋ΔB2

3)鼓形寬展軋件側(cè)面變成鼓形而造成的展寬量，用ΔB3表示,此時軋件的最大寬度為B3＝B2＋ΔB3＝B1＋ΔB1＋ΔB2＋ΔB3

軋件的總展寬量為:ΔB＝ΔB1＋ΔB2＋ΔB3

上述寬展的組成及其相互的關(guān)系，由下圖清楚地表示出來。寬展的組成及其相互的關(guān)系4)關(guān)關(guān)于于寬寬展展的的幾幾點(diǎn)點(diǎn)說說明明(1)為為便便于于工工程程計計算算通通常常理理論論上上所所說說的的和和計計算算的的寬寬展展是是將將軋軋制制后后軋軋件件的的橫橫斷斷面面化化為為同同一一厚厚度度的的矩矩形形之之后后,其其寬寬度度與與軋軋制制前前軋軋件件寬寬度度之之差差。。即即ΔB＝＝Bh－BH（軋軋后后寬寬度度B是是一一個個理理想想值值））(2)摩摩擦擦系系數(shù)數(shù)f值值越越大大，，不不均均勻勻變變形形就就越越嚴(yán)嚴(yán)重重，，此此時時翻翻平平寬寬展展和和鼓鼓形形寬寬展展的的值值就就越越大大，，滑滑動動寬寬展展越越小小。。（3））滑滑動動寬寬展展ΔΔB、、翻翻平平寬寬展展ΔΔB和和鼓鼓形形寬寬展展ΔΔB的的數(shù)數(shù)值值，，至至今今定定量量的的規(guī)規(guī)律律尚尚未未掌掌握握。。只只能能依依賴賴實(shí)實(shí)驗驗和和初初步步的的理理論論分分析析了了解解它它們們之之間間的的一一些些定定性性關(guān)關(guān)系系5））各各種種寬寬展展與與變變形形區(qū)區(qū)幾幾何何參參數(shù)數(shù)之之間間的的關(guān)關(guān)系系由圖圖中中的的曲曲線線可可見見當(dāng)當(dāng)越越小小時時，，則則滑滑動動寬寬展展越越小小,而而翻翻平平和和鼓鼓形形寬寬展展占占主主導(dǎo)導(dǎo)地地位位。。這是因為為越小，，粘著區(qū)區(qū)越大，，故寬展展主要是是由翻平平和鼓形形寬展組組成。而而不是由由滑動寬寬展組成成。2.1.4寬展展沿軋件件寬度上上的分布布寬展分布布的理論論，基本本上有兩兩種假說說：均勻勻分布，，變形區(qū)區(qū)分區(qū)1）均勻勻分布：：認(rèn)為寬寬展沿軋軋件寬度度均勻分分布。該該假說主主要以均均勻變形形和外端端作用為為理論的的基礎(chǔ)。。因為變形形區(qū)內(nèi)金金屬與前前后外端端彼此是是同一整整體緊密密聯(lián)結(jié)在在一起的的。因此此對變形形起著均均勻的作作用。使使沿長度度方向上上各部分分金屬延延伸相同同。寬展展沿寬度度分布自自然是均均勻的。。它可用用下圖說說明均勻分布布2）變形形區(qū)分區(qū)區(qū)：認(rèn)為變形形區(qū)可分分為四個個區(qū)域，，在兩邊邊的區(qū)域域為寬展展區(qū)，中中間分為為前后兩兩個延伸伸區(qū)，它它可用下下圖來說說明。3）不同假說說各自特特點(diǎn)（1）均均勻分布布的假說說：對于軋制制寬而薄薄的薄板板，寬展展很小甚甚至可忽忽略時，，變形可可以認(rèn)為為是均勻勻的。在在其它情情況下，，均勻假假說與許許多實(shí)際際情況是是不相符符合的，，尤其是是對于窄窄而厚的的軋件更更不適應(yīng)應(yīng)。因此這種種假說是是有局限限性的。。（2）變變形區(qū)區(qū)分區(qū)假假說：不完全準(zhǔn)準(zhǔn)確，許許多實(shí)驗驗證明變變形區(qū)中中金屬表表面質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)流動的的軌跡，，并非嚴(yán)嚴(yán)格地按按所畫的的區(qū)間進(jìn)進(jìn)行流動動。但是是它能定定性地描描述寬展展發(fā)生時時變形區(qū)區(qū)內(nèi)金屬屬質(zhì)點(diǎn)流流動的總總趨勢，，便于說說明寬展展現(xiàn)象的的性質(zhì)和和作為計計算寬展展的根據(jù)據(jù)?？傊?，寬寬展展是是一一個個極極其其復(fù)復(fù)雜雜的的軋軋制制現(xiàn)現(xiàn)象象，，它它受受許許多多因因素素的的影影響響。。2.2影影響響寬寬展展的的因因素素寬展展的的變變化化與與一一系系列列軋軋制制因因素素構(gòu)構(gòu)成成復(fù)復(fù)雜雜的的關(guān)關(guān)系系ΔB＝＝f(H,h,l,B,D,ψψ,ΔΔh,εε,f,t,m,p,υυ,)式中中:H、、h—變形形區(qū)區(qū)的的高高度度；；l、、B、、D—變形形區(qū)區(qū)的的長長度度、、寬寬度度和和軋軋輥輥直直徑徑；；ψ—變形形區(qū)區(qū)的的橫橫斷斷面面形形狀狀；；Δh、、εε—-壓壓下下量量和和壓壓下下率率；；f、、t、、m—-磨磨擦擦系系數(shù)數(shù)、、軋軋制制溫溫度度、、金金屬屬的的化化學(xué)學(xué)成成分分；；p—金屬屬的的機(jī)機(jī)械械性性能能；；υ、、u—-軋軋輥輥線線速速度度和和變變形形速速度度。。H、、h、、l、、B、、D和和ψψ表表示示變變形形區(qū)區(qū)特特征征的的幾幾何何因因素素。。f、、t、m、、p、和和υ是是物理理因素素，它它們影影響到到變形形區(qū)內(nèi)內(nèi)的作作用力力，尤尤其是是對于于摩擦擦力。。幾何因因素和和物理理因素素的綜綜合影影響不不僅限限于變變形區(qū)區(qū)的應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)，，同時時涉及及到軋軋件的的縱向向和橫橫向變變形的的特征征。金屬體體積如如何分分配延延伸和和寬展展軋制時時高向向壓下下的金金屬體體積如如何分分配延延伸和和寬展展受體體積不不變條條件和和最小小阻力力定律律來支支配。。（1））變形形在兩兩個主主軸方方向是是給定定的,則質(zhì)質(zhì)點(diǎn)只只有在在第三三主軸軸一個個方向向流動動的可可能性性.金金屬擠擠壓變變形就就是這這種變變形過過程。。（2））如變變形在在一個個主軸軸方向向是給給定了了的,而在在第二二個主主軸方方向受受阻,此時時，在在第三三個主主軸方方向正正反兩兩方面面流動動的多多少由由這兩兩方面面阻力力而定定，阻阻力小小者流流動的的多。。在封封閉孔孔型中中軋制制就屬屬于這這種情情況。。（3））如變變形在在一個個主軸軸方向向是給給定了了的,而在在另個個兩個個主軸軸方向向上，，物體體有自自由流流動的的可能能性,此時時向阻阻力小小的主主軸方方向流流的多多.自自由鐓鐓粗和和平輥輥軋矩矩形件件就屬屬這種種變形形過程程。2.2.1影響響軋件件變形形的基基本因因素1）寬寬展與與接觸觸摩擦擦及變變形區(qū)區(qū)水平平投影影的幾幾何關(guān)關(guān)系（1））無接接觸摩摩擦情情況研究平平錘頭頭鐓粗粗矩形形六面體體變形形（2））有接接觸摩摩擦情情況結(jié)論有接觸觸摩擦擦和無無接觸觸摩擦擦相比比△blnββ均增增大，，而lnμμ△△l減小小。B為常常數(shù)，，對lnηη一定定值△△b隨隨L增增，而而增大大L為常常數(shù)，，對lnηη一定定值△△b隨隨B增增，而而增大大B/L比增增，lnβ降降，lnμμ升升同理B/L>1也也可得得到結(jié)結(jié)論(自學(xué)學(xué)）2）軋軋輥形形狀的的影響響變形區(qū)區(qū)Ⅰ縱縱向延延伸阻阻力(金屬屬向入入口方方向流流動））軋制變變形區(qū)區(qū)與平平錘鍛鍛造比比縱向向阻力力小，，延伸伸則大大，相相應(yīng)寬寬展小小。說明軋軋輥形形狀對對縱橫橫變形形有重重要影影響。。可用用工具具形狀狀系數(shù)數(shù)表示示1》KG=WX/Wy》0Wy－橫向阻阻力（Wy＝Pf)說明縱縱向阻阻力小小于橫橫向阻阻力延延伸大大于寬寬展2.2.2工藝藝因素素對軋軋件寬寬展的的影響響1）壓壓下量量的影影響壓下增增加寬寬展增增加的的原因因（1））因為為壓下下量增增加時時，變變形區(qū)區(qū)長度度增加加，變變形區(qū)區(qū)形狀狀參數(shù)數(shù)增增大大，因因而使使縱向向塑性性流動動阻力力增加加，縱縱向壓壓縮主主應(yīng)力力數(shù)值值加大大。根根據(jù)最最小阻阻力定定律，，金屬屬沿橫橫向運(yùn)運(yùn)動的的趨勢勢增大大，因因而使使寬展展加大大。(2)壓下下增加加，高高方向向壓下下來的的金屬屬體積積也增增加，，所以以使ΔΔB也也增增加。。（2）軋軋輥直直徑的的影響響其它條條件不不變時時,寬寬展ΔΔB隨隨軋軋輥直直徑D的增增加而而增加加。因為當(dāng)D增增加時變形區(qū)區(qū)長度加大,使縱向的阻阻力增加,根根據(jù)最小阻力力定律,金屬屬更容易向?qū)拰挾确较蛄鲃觿?特別注意軋輥為圓柱體體這一特點(diǎn)，，產(chǎn)生有利于于延伸變形的的水平分力，，它使縱向摩摩擦阻力減少少，有利于縱縱向變形，即即增大延伸。。所以，即使變變形區(qū)長度與與軋件寬度相相等時，延伸伸與寬展的量量也并不相等等，而由于工工具形狀的影影響，延伸總是大于于寬展。（3）軋件寬寬度的影響假如變形區(qū)長長度l一一定，當(dāng)軋件件寬度B逐逐漸增加時，，由l＞B到l＝B如如下圖所示，，寬展區(qū)是逐逐漸增加的，，因而寬展也也逐漸增加當(dāng)由l＝B到l＜B時時，寬展區(qū)變變化不大，而而延伸區(qū)逐漸漸增加，因此此從絕對量上上來說，寬展展的變化也是是先增加，后后來趨于不變變，這也為實(shí)實(shí)驗所證實(shí)特別注意在軋制時，通通常認(rèn)為，在在變形區(qū)的縱縱向長度為橫橫向長度的二倍時(＝2)，，會出現(xiàn)縱縱橫變形相等等的條件。為什么不在二二者相等(＝1)時出現(xiàn)呢呢？這是因為為前面所說的的工具形狀影影響。此外，在變形形區(qū)前后軋件件都具有外端端，外端將起起著妨礙金屬屬質(zhì)點(diǎn)向橫向向移動的作用用，因此，也也使寬展減小小。（4）摩擦的的影響在實(shí)際壓力加加工過程中影影響摩擦的因因素繁多，容易變化，，很難控制，，而且摩擦對對寬展和延伸伸都有影響。。一般說來，變變形區(qū)的長度度總是小于其其寬度，根據(jù)據(jù)最小阻力定定律，摩擦對對寬展的影響響問題，可歸歸結(jié)為摩擦對對縱、橫方向向塑性流動阻阻力比的影響響。用Wx及Wy分別表示縱向向延伸及橫向向?qū)捳沟淖枇α?。如圖14-15所示示，對后滑區(qū)區(qū)，縱向的塑塑性流動阻力力Tx－Px,在橫橫向，由由于輥身身是平的的，所以以寬展的的塑性流流動阻力力為Ry＝T＝＝Pf則則縱縱向與橫橫向變形形的塑性性的流動動阻力比比為當(dāng)f增增加時，，kG增增加，，即阻礙礙延伸的的作用增增大，促促進(jìn)了寬寬展。摩擦系數(shù)數(shù)對寬展展的影響響由圖可知知，寬展展是隨摩摩擦系數(shù)數(shù)的增加加而增加加的。由由此可以以推論，，軋制過過程中凡凡是影響響摩擦的的因素都都對寬展展有影響響其他影響響摩擦的的因素摩擦系數(shù)數(shù)除與軋軋輥材質(zhì)質(zhì)，軋輥輥表面光光潔度有有關(guān)系外外，還與與軋制溫溫度、軋軋制速度度、潤滑滑狀況及及軋件的的化學(xué)成成分等因因素有關(guān)關(guān)系。軋制速度度對摩擦擦的影響響（5）金金屬性質(zhì)質(zhì)的影響響從這個表表中可以以看出來來，合金金鋼的寬寬展比碳碳素鋼大大些金屬性質(zhì)質(zhì)對寬展展的影響響主要是是化學(xué)成成分對摩摩擦系數(shù)數(shù)的影響響，一般般是通過過軋制時時所產(chǎn)生生的氧化化鐵皮的的多少及及其性質(zhì)質(zhì)對摩擦擦系數(shù)產(chǎn)產(chǎn)生影響響。這種種影響是是比較復(fù)復(fù)雜的。。按一般公公式計算算出來的的寬展，，很少考考慮合金金元素的的影響。。為了確確定合金金鋼的寬寬展，必必須將按按一般公公式計算算所求得得的寬展展值乘上上表中的的系數(shù)m，也也就是ΔB＝ΔΔB’’×m式式中ΔΔB------所所求求得的合合金鋼的的寬展；；ΔB’------按一一般公式式計算的的寬展；；m------考考慮到化化學(xué)成分分影響的的系數(shù)。。2.3孔孔型軋制制時的寬寬展型鋼軋制制變形區(qū)區(qū)內(nèi)的主主要幾何何參數(shù)（（H、、h、、D、、l、αα、Δh)不不再再保持常常數(shù)。為說明各各幾何參參數(shù)沿軋軋件寬度度上的變變化，并并與簡單單軋制情情況比較較，給出出下圖中中幾幾種典型型的孔型型中軋制制情況。。2.3.1孔型型中軋制制的寬展展特點(diǎn)1)在在孔型中中軋制時時，沿軋軋件寬度度的壓下下量是不不均勻的的。2）孔型形狀狀的影響響，凸起起及側(cè)壁壁的作用用在孔型中中軋制時時，除摩摩擦阻力力外，還還有孔型型側(cè)壁的的側(cè)向力力起作用用。例如，菱菱形孔就就如前述述的凹形形工具一一樣；而而切入孔孔則如凸凸形工具具一樣。。如上圖在在菱孔中中工具角角ψ＜0，此時時橫向變變形阻力力為摩擦擦力T及及壓壓力P的的水水平分量量之和，，即為P＋T＝P(fcosψ＋sinψ)相反，在切切入孔中，，橫向變形形阻力為二二者的水平平分量之差差，即為T－P＝＝P(fcosψ－sinψ)可見，在凸形形孔型中軋制制時，要產(chǎn)生生強(qiáng)制寬展，，而在凹形孔孔型中軋制時時寬展受到限限制。3）軋件與軋軋輥接觸的非非同時性軋件與軋輥接接觸的非同時時性。變形區(qū)區(qū)長度沿軋件件寬度也是變變化的下圖很清楚地地表明了這一一點(diǎn)。關(guān)于接觸非同同時性的影響響.如斷面ⅣⅣ-Ⅳ,由由于被壓縮部部分較小，縱縱向延伸困難難,故可能在在此處得到局局部寬展。在Ⅲ-ⅢⅢ斷面，，壓縮面積已已比未壓縮面面積大若干倍倍。此時，未未受壓縮部分分金屬受壓縮縮部分的作用用而延伸。相相反，壓縮部部分延伸受未未壓縮部分的的抑制。但是是寬展增加的的不太明顯。。在變形區(qū)終了了，由于兩側(cè)側(cè)部分高度很很小，可得到到大的延伸，，但軋件應(yīng)服服從整體性變變形將受到中中間金屬的牽牽制，使金屬屬向橫向流動動，寬展增加加。圖中畫出了與與軋輥軸平行行的變形區(qū)內(nèi)內(nèi)若干的橫斷斷面.軋件開開始進(jìn)入軋輥輥時,軋件尖尖角先與孔型型接觸4)軋制時的的速度差現(xiàn)象象軋輥刻孔型時時，則軋輥直直徑沿寬度不不再相同.孔型邊部的輥輥徑為D2中心部分的輥輥徑為D1,兩者的差值D1－D2＝h－s式中h------孔型型高度；s------輥輥縫。對軋制的影響響在同一轉(zhuǎn)數(shù)下下,D1的線速度υ1要大于D2的υ2孔型邊部軋輥輥速度較大，，孔型中部較較小。但軋件件是一個整體體，出口速度度相同，造成成軋件中部和和邊部的相互互拉扯，如果中部體積積大于邊部的的，則邊部金屬屬拉不動中部部的，就導(dǎo)致致寬展的增加加。同時這種種速度差導(dǎo)致致孔型磨損的的不均勻。2.3.2孔孔型中軋制時時的寬展計算算問題1）在孔型中軋制制時的寬展不不再是自由寬寬展，而大部分成成為強(qiáng)制或限限制寬展并產(chǎn)產(chǎn)生局部寬展展或拉縮?？仔驮O(shè)計的任任務(wù)就是正確確地計算寬展展的數(shù)值。但但由于問題的的復(fù)雜性，單單純用理論公公式計算往往往誤差很大。。所以工廠也也常喜歡采用用經(jīng)驗公式和和數(shù)據(jù)來計算算，如ΔB＝C·ΔΔh式中C------稱為為寬展指數(shù)。。C可根據(jù)據(jù)大量生產(chǎn)實(shí)實(shí)測資料的統(tǒng)統(tǒng)計而得?？煽梢匝杆俚卮_確定出寬展值值。設(shè)計出合合理的孔型來來。2）應(yīng)指出，，按ΔB＝＝CΔh的經(jīng)經(jīng)驗公式來估估計寬展有一一定的局限性性。但是隨連連軋型鋼的發(fā)發(fā)展又要求建建立計算孔型型中寬展的較較精確的數(shù)學(xué)學(xué)模型。目前前尚缺乏這方方面的資料，，這就需要從從理論和實(shí)踐踐上進(jìn)行深入入研究。2.3.3孔孔型中軋制時時的寬展計算算方法平輥上軋制時時壓下量可按按下式確定ΔΔh＝H－h(huán)。在孔型中軋制制時，確定壓壓下量就比較較復(fù)雜。壓下下量沿寬度是是變化的，不不能簡單地按按上式計算，，此時確定壓壓下量有不同同的方法。1）外形形輪廓法法按軋件的的最大外外廓尺寸寸來計算算壓下量量和寬展展量，圖圖所示，，即ΔΔh＝H－h(huán),ΔΔB＝Bh－BH這種方法法最簡單單，但是是不準(zhǔn)確確。2）平均均高度法法用具有相相同的矩矩形面積積來代替替曲線的的孔型面面積和軋軋件面積積來計算算壓下量量，如以以FH和Fh表示軋制制前后的的斷面積積，則軋軋件軋制制前、后后的平均均高度為為:此時壓下下量按下下式確定定例如，在在橢圓坯坯進(jìn)方形形孔軋制制時的實(shí)實(shí)際尺寸寸與換算算成的矩矩形尺寸寸，如圖圖所示.除了上上述的方方法以外外，還有有"移位位體積"法等。。這里就就不多講講述了。。2.4寬寬展計計算公式式計算寬展展的公式式很多，，但影響響寬展的的因素也也很多，，只有在在深人分分析軋制制過程的的基礎(chǔ)上上，正確確考慮主主要因素素對寬展展的影響響后，才才能獲得得比較完完善的公公式。本節(jié)介紹紹幾個寬寬展公式式，這些些公式考考慮的影影響因素素并不很很多，而而只是考考慮了其其中最主主要的影響因素素，并且且其計算算結(jié)果和和實(shí)際出出入并不不太大?！，F(xiàn)在很多多公式是是按經(jīng)驗驗數(shù)據(jù)整整理的，，使用起起來有很很大局限限性。目前前在在實(shí)實(shí)際際生生產(chǎn)產(chǎn)中中很很多多情情況況是是按按經(jīng)經(jīng)驗驗估估計計