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1、轧制过程中的宽展宽展的种类和组成确定金属在孔型内轧制时的展宽是十分复杂的，尽管做过大量的研究工作，但在限制或强 制宽展孔型内金属流动的规律还不十分清楚。图15-4强制宽展图15-5宽展沿横断面高度分布(a)钢轨底层的强制宽展；(b)切展孔型的强制的宽展15.2.2宽展的组成1)宽展沿横断面高度上的分布由于轧辊与轧件的接触表面上存在着摩擦，以及变形区 几何形状和尺寸的不同，因此沿接触表面上金属质点的流动轨迹与接触面附近的区域和远离 的区域是不同的。它一般由以下几个部分组成：滑动宽展鸟、翻平宽展 b2和鼓形宽展 B3，如图 15-5。(1) 滑动宽展是被变形金属在轧辊的接触面上，由于产生相对滑动使
2、轧件宽度增加的量以 B1表示，展宽后此部分的宽度为B = Bh +AB(15-2)(2) 翻平宽展是由于接触摩擦阻力的原因，使轧件侧面的金属，在变形过程中翻转到接触 表面上来，使轧件的宽度增加，增加的量以 B2表示，加上这部分展宽的量后轧件的宽度为B2 = B +AB2 = B +AB +AB2(15-3)(3) 鼓形宽展是轧件侧面变成鼓形而造成的展宽量，用 B3表示，此时轧件的最大宽度为B3 = B3 + AB3 = Bh + AB + AB2 + AB3(15-4)显然，轧件的总展宽量为AB = AB +AB +AB(15-5)通常理论上所说的和计算的宽展为将轧制后轧件的横断面化为同一厚度
3、的矩形之后，其 宽度与轧制前轧件宽度之差。即AB = B - B(15-6)因此，轧后宽度bh是一个理想值，但便于工程计算，必须注意这一点。上述宽展的组成 及其相互的关系，由图15-5可以清楚地表示出来。滑动宽展 B翻平宽展 B2和鼓形宽展 B3的数值，依赖于摩擦系数和变形区的几何 参数的变化而不同。它们有一定的变化规律，但至今定量的规律尚未掌握。只能依赖实验和 初步的理论分析了解它们之间的一些定性关系。例如摩擦系数f值越大，不均匀变形就越严 重，此时翻平宽展和鼓形宽展的值就越大，滑动宽窄越小。各种宽展与变形区几何参数之间 有如图15-6所示的关系。由图中的曲线可见当h越小时，则滑动宽展越小，
4、而翻平和鼓 形宽展占主导地位。这是/h越小，粘着区越大，故宽展主要是由翻平和鼓形宽展组成。而 不是由滑动宽展组成。图15-8变形区分布图示图15-6各种宽展与/h的关系图15-7宽展沿宽度均匀分布的假说2)宽展沿宽度上的分布关于宽展沿宽度分布的理论，基本上有两种假说：第一种假说，认为宽展沿轧件宽度均匀分布。这种假说主要以均匀变形和外区作用做为理论的基础。因为 变形区内金属与前后外区彼此是同一整体紧密联系在一起的。因此对变形起着均匀的作用。使沿长度方向上各部分金属延伸相同。宽展沿宽度分布自然是均匀的。它用图15-7来说明。第二种假说，认为变形区可分为四个区域，在两边的区域为宽展区，中间分为前后两
5、个延伸区，它可用图15-8来说明。宽展沿宽度均匀分布的假说。对于轧制宽而薄的 薄板，宽展很小甚至可以忽略时，变形区可以认为是 均匀的。但在其它情况下，均匀假说与许多实际情况 是不相符合的，尤其是对于窄而厚的轧件更不适应。 因此这种假说是有局限性的。变形区分区假说，也不完全准确，许多实验证明 变形区中金属表面质点流动的轨迹，并非严格地按所 画的区间进行流动。但是它能定性地描述宽展发生时变形区内金属质点流动的总趋势，便于说明宽展现象的性质和作为计算宽展的根据。总之，宽展是一个极其复杂的轧制现象，它受许多因素的影响。15.23影响宽展的因素宽展的变化与一系列轧制因素构成复杂的关系AB = f（H,h
6、,l,B,D,w ,Ah,e,f,t,m,p ,v,e）式中H、h变形区的高度；1、B、D变形区的长度、宽度和轧辊直径；V 变形区的横断面形状； h、e压下量和压下率；f、t、m摩擦系数、轧制温度、金属的化学成分；p。金属的机械性能；V、轧辊线速度和变形速度。H、h、1、B、D和v是表示变形区特征的几何因素。f、t、m、p、和v是物理因素， 它们影响到变形区内的作用力，尤其是对于摩擦力。几何因素和物理因素的综合影响不仅限 于变形区的应力状态，同时涉及到轧件的纵向和横向变形的特征。轧制时高压下的金属体积如何分配延伸和宽展，受体积不变条件和最小阻力定律来支配。 所以，在未分析具体因素对宽展的影响之
7、前须先了解最小阻力定律的概念。最小阻力定律是阐明变形物体质点流动规律的。如果物体在变形过程中其质点有向各种 方向流动的可能时，则物体各质点将是向着阻力最小的方向流动。（1）如变形在两个主两个主轴方向是给定的，则质点只有在第三主轴一个方向流动的可 能性。金属挤压变形就是这种变形过程。（2）如变形在一个主轴方向是给定了的，而在第二个主轴方向受阻；此时，在第三个主 轴方向正反两方面流动的多少由这两方面阻力而定，阻力小者流动的多。在封闭孔型中轧制 就属于这种情况。（3）如变形在一个主轴方向是给定了的，而在另外两个主轴方向上，物体有自由流动的 可能性，此时向阻力小的主轴方向流的多。自由镦粗和平辊轧矩形件
8、就属于这种变形过程。最小阻力定律常近似表达为最短法线定律，即金属受压变形时，若接触摩擦较大其质点 近似沿最短法线方向流动。如宽度、压下量和接触摩擦等相同的条件下，由于变形区长11增至L，按最短法线定律，则宽度方向流动区域将增大，即FrMF盘 （图15-9），因而 2B2 12B1 11使宽度增加。15.3.1压下量的影响很多实验表明，随着压下量的增加，宽展量也增加。图15-9用最短法线定律说明 变形区对宽展的影响如图15-10b所示。这是因为压下量增加时，变形区长度增加，变形区形状参数1/h增 大，因而使纵向塑性流动阻力增加，纵向压缩主应力数值加大。根据最小阻力定律， 金属沿横向运动的趋势增大
9、，因而使宽展加大。另一方面，竺增加，高方向压下来的金属体积也增加，所以使AB也增加。H应当指出,宽展A B随压下率的增加而增加的状况，由于H的变换方法不同，使 b的00 cC T C CC C 4 ce图15-10宽展与压下量的关系h为常数低碳钢轧制温度为900C和轧制速度为1.1m/s, B与竺的关系H(b)当H、h为常数低碳钢轧制温度为900C，轧制速度为1.1m/s时， /与 h的关系变化也有所不同(图15-10 a),当H=常数或h=常数时，压下率竺增加， B的增加速度H(a)当 h、H、快；而h=常数时， B增加的速度次之。这是因为，当H或h=常数时，欲增加竺，需增H加Ah，这样就使
10、变形区长度l增加，因而纵向阻力增加，延伸减小，宽廖B增加。同时 h 增加，将使金属压下体积增加，也促使B增加，二者综合作用的结果，将使AB增加的较 快OWA h=常数时，增加竺是依靠减少H来达到的。这时变形区长度l不增加，所以A B的H增加较上一种情形慢些。Q.M.齐日柯夫作出竺有宽展指数竺之间关系曲线的三条实验曲线(图15-11)，根据HAh上述的道理可以完满地加以解释。当竺增加时，H辎时显然警会直线增加当h或比常数时A B增加，故竺增加。在A h=常数时，增 Ah增加竺时，是靠增加A h来实现的，所以H竺增加的缓慢，而且到一定数值以后即 h增加超过了 B的增大时，会出现竺下降的现AhAh象
11、。15.3.2轧辊直径的影响由实验得知，其它条件不变时，宽展逐随轧辗直径D的增加而增加。这是因为当D增 加时变形区长度加大，使纵向的阻力增加，根据最小阻力定律，金属更容易向宽度方向流动(图 15 12)。研究辗径对宽展的影响时，应当注意到轧辗为圆柱体这一特点，沿轧制方向由于是圆弓瓜 形的，必然产生有利于延伸变形的水平分力，它使纵向摩擦阻力减少，有利于纵向变形，即 增大延伸。所以，即使变形区长度与轧件宽度相等时，延伸与宽展的量也并不相等，而由于 工具图幅影响在延h申总是大于宽展时宽展指数图1512轧辗直径对宽展的影响 与压下率的关系15.3.3轧件宽度的影响如前所述，可将接触表面金属流动分成四个
12、区域：即前、后滑区和左、右宽展区。用它 说明轧件宽度对宽展的影响。假如变形区长度l 一定，当轧件宽度B逐渐增加时，由l1B1 到l2=B2如图15 13所示，宽展区是逐渐增加的，因而宽展也逐渐增加，当由l2=B2到l3B3时，宽展区变化不大，而延伸区逐渐增加，因此从绝对量上来说，宽展的变化也是先增加，后来趋于不变，这也为实验所证实(图15 14)图15 13轧件宽度对变形区划分的影响轧件宽度B, m m图15 14轧件宽度与宽展的关系从相对量来说，则随着宽展区Fb和前、后滑区的FB/Fl比值不断减小，而 B/B逐渐 减小。同样若B保持不变，而l增加时，则前、后滑区先增加，而后接近不变；而宽展区
13、的 绝对量和相对量均不断增加。一般来说，当l/B增加时，宽展增加，亦即宽展与变形区长度l成正比，而与其宽度B成 反比。轧制过程中变形区尺寸的比，可用下式来表示(15 7)此比值越大，宽展亦越大。1/万的变化，实际上反映了纵向阻力及横向阻力的变化，轧件 宽度B增加， B减小，当B很大时， B趋近于零，即BH/Bh=1即出现平面变形形态。如前 述，此时表示横向阻力的横向压缩主应力七=壬。在轧制时，通常认为，在变形区的 纵向长度为横向长度的二倍时（1/B ） =2，会出现纵横变形相等的条件。为什么不在二者相等时（1/B =1）时出现呢？这是因为前面所说的工具形状影响。此外，在变形区前后轧件都具有 外
14、端，外端将起着妨碍金属质点向横向移动的作用，因此，也使宽展减小。15.3.4摩擦的影响在实际塑性加工过程中影响摩擦的因素繁多，容易变化，很难控制，而且摩擦对宽展和 延伸都有影响。一般说来，变形区的长度总是小于其宽度，根据最小阻力定律，摩擦对宽展 的影响问题，可归纳为摩擦对纵、横方向塑性流动阻力比的影响。下面对这个问题进行讨论。图15 15变形区塑流阻力示意图用Rx及Ry分别表示纵向延伸及横向宽展的阻力。 如图（15 15）所示，对后滑区，纵向的塑性流动阻 力为R = T侦-P侦,在横向，由于辊身是平的，所以宽 展的塑性流动阻力为R =气=P1 f。则纵向与横向变 形的塑性流动阻力比、1 1(a)(15 8)R = T1x -七=R1 T R由图15 15可见.以+YP = qsin-y77 以 +丫T = T cos2 以+Y=fP cos2代入（a）式得到R1 = C0S +7在前滑区，同样处理R =气x +乌x（b）2 T2P = P sin - T = fP T = T c o S = fP c o S2x22222x2222代入3）式中经整理后得到R = cos- + Isin -22 f 2由于实际轧制情况Y /2只有几度，取R=1，不会产生太大的误差。这种假设是把前滑区 作为平面。所以，纵、横变形阻力比主要是在后滑区，也就是说，纵、横变形阻力比主要
