轧制过程中的宽展

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。

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ΔB1、翻平宽展ΔB2和鼓形宽展ΔB3，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轧件宽度增加的量以ΔB1表示，展宽后此部分的宽度为

1

1

B

B

B

H

∆

+

=（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ΔB2表示，加上这部分展宽的量后轧件的宽度为

2

1

2

1

2

B

B

B

B

B

B

H

∆

+

∆

+

=

∆

+

=（15－3）（3）鼓形宽展是轧件侧面变成鼓形而造成的展宽量，用ΔB3表示，此时轧件的最大宽度为

3

2

1

3

3

3

B

B

B

B

B

B

B

H

∆

+

∆

+

∆

+

=

∆

+

=（15－4）显然，轧件的总展宽量为

3

2

1

B

B

B

B∆

+

∆

+

∆

=

∆（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的矩形之后，其宽度与轧制前轧件宽度之差。即

H

h

B

B

B-

=

∆（15－6）图15－4强制宽展

（a）钢轨底层的强制宽展；（b）切展孔型的强制的宽展

图15－5 宽展沿横断面高度分布

因此，轧后宽度b h 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ΔB 1、翻平宽展ΔB 2和鼓形宽展ΔB 3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 l /越小时，则滑动宽展越小，而翻平和鼓形宽展占主导地位。这是h l /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。

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

图15－6 各种宽展与h l /的关系 图15－7 宽展沿宽度均匀分布的假说

图15－8 变形区分布图示

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

式中 H 、h ——变形区的高度；

l 、B 、D ——变形区的长度、宽度和轧辊直径；

a ψ——变形区的横断面形状；

Δh 、。

ε——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；

σp ——金属的机械性能； v 、ε——轧辊线速度和变形速度。

H 、h 、 l 、B 、D 和a ψ是表示变形区特征的几何因素。f 、t 、m 、σp 、ε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l 1增至l 2，按最短法线定律，则宽度方向流动区域将增大，即F B 2/F l 2＞F B 1/F l 1（图15－9），因而使宽度增加。

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。