D0I:10.13374/i.issnl00113.2008.04.026 第30卷第4期 北京科技大学学报 Vol.30 No.4 2008年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2008 工艺参数对楔横轧二次楔轧制超大断面收缩率轴类件 的影响 娄依志张康生 杨翠萍 胡正寰 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要为考察楔横轧二次楔轧制在超大断面收缩率情况下的成形规律，在H630轧机上进行了不同工艺条件下的超大断面 收缩率轧制实验，得到各工艺参数对轧制质量的影响规律，发现在超大断面收缩率情况下二次楔的工艺参数对内部缺陷和拉 断加工界限有决定性影响·结果表明，只要参数得当，二次楔轧制可以获得合格的大断面收缩率轴类件· 关键词楔横轧：二次楔入：工艺参数：大断面收缩率 分类号TG335.19 Effect of process parameters on axial parts with super large area reduction during twice cross wedge rolling LOU Yizhi.ZHA NG Kangsheng.YA NG Cuiping.HU Zhenghuan School of Mechanical Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT In order to find out the forming rules for axial parts with super large area reduction during twice cross wedge rolling. the extreme rolling experiment under different process conditions was done on an H630 rolling mill.The effect rules of process param- eters on the rolling quality were achieved.It is shown that process parameters have determinant effect on the internal defect and ten- sion fracture of the parts with super large area reduction.If the parameters are proper.the qualified axial parts with large area reduc- tion can be produced. KEY WORDS cross wedge rolling:twice wedge:process parameter:large area reduction 楔横轧工艺特点决定了其常规的一次楔轧制最 况，而二次楔轧制相比于单次轧制更容易出现中心 大断面收缩率一般不能大于75%，超过这个限制会 疏松[30).因此本文进行了楔横轧二次楔轧制超大 出现已成形部分轴向拉伸甚至拉断等问题，当断面 断面收缩率实验研究，即总断面收缩率为93.75%；根 收缩率大于75%时，大多采用二次楔轧制).楔 据断面收缩率的分配一次楔和二次楔的断面收缩率 横轧二次楔轧制，是指断面收缩率在75%以上，在 也都为最大断面收缩率，为75%.通过实验研究轧制 轧辊旋转一周中对轧件上同一截面先后进行两次轧 过程中是否拉断，并且把没有拉断的轧件从中间锯 制，通常情况下，75%作为楔横轧单次楔轧制的最 断，对轧件进行磨光处理，通过金相显微镜放大，测量 大断面收缩率，则楔横轧二次楔轧制的最大收缩率 其最大中心孔洞.对所得到的数据进行处理，研究一 为93.75% 次楔成形角，二次楔成形角，一次楔展宽角月 当断面收缩率为超大值时，容易出现拉断等情 和二次楔展宽角3对轧制内部质量的影响， 1实验描述 收稿日期：2007-02-25修回日期：2007-04-09 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No,50575023:No: 该实验在H630楔横轧轧机上进行，实验所用 50435010:高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(No 模具基圆直径为584mm,坯料直径为40mm,一次 20050008024):国家科技支撑计划资助项目(Na.2006BAF04B03) 楔轧制后的直径为20mm,二次楔轧制后的轧件直 作者简介：娄依志(1979一)，男，博士研究生：张康生(1952一)男， 研究员，博士生导师，E-mail:zhang-ks(@me~stb-edcm 径为l0mm,轧件的轧后长度（二次楔模具展宽长 度)统一为100mm,轧件材料为45#钢.一般情况
工艺参数对楔横轧二次楔轧制超大断面收缩率轴类件 的影响 娄依志 张康生 杨翠萍 胡正寰 北京科技大学机械工程学院北京100083 摘 要 为考察楔横轧二次楔轧制在超大断面收缩率情况下的成形规律在 H630轧机上进行了不同工艺条件下的超大断面 收缩率轧制实验得到各工艺参数对轧制质量的影响规律发现在超大断面收缩率情况下二次楔的工艺参数对内部缺陷和拉 断加工界限有决定性影响．结果表明只要参数得当二次楔轧制可以获得合格的大断面收缩率轴类件． 关键词 楔横轧；二次楔入；工艺参数；大断面收缩率 分类号 TG335∙19 Effect of process parameters on axial parts with super large area reduction during twice cross wedge rolling LOU Y iz hiZHA NG KangshengY A NG CuipingHU Zhenghuan School of Mechanical EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT In order to find out the forming rules for axial parts with super large area reduction during twice cross wedge rolling the extreme rolling experiment under different process conditions was done on an H630rolling mill．T he effect rules of process parameters on the rolling quality were achieved．It is shown that process parameters have determinant effect on the internal defect and tension fracture of the parts with super large area reduction．If the parameters are properthe qualified axial parts with large area reduction can be produced． KEY WORDS cross wedge rolling；twice wedge；process parameter；large area reduction 收稿日期：2007-02-25 修回日期：2007-04-09 基金 项 目：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ No．50575023；No． 50435010）；高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 资 助 项 目 （No． 20050008024）；国家科技支撑计划资助项目（No．2006BAF04B03） 作者简介：娄依志（1979—）男博士研究生；张康生（1952—）男 研究员博士生导师E-mail：zhang．ks＠me．ustb．edu．cn 楔横轧工艺特点决定了其常规的一次楔轧制最 大断面收缩率一般不能大于75％超过这个限制会 出现已成形部分轴向拉伸甚至拉断等问题．当断面 收缩率大于75％时大多采用二次楔轧制［1—2］．楔 横轧二次楔轧制是指断面收缩率在75％以上在 轧辊旋转一周中对轧件上同一截面先后进行两次轧 制．通常情况下75％作为楔横轧单次楔轧制的最 大断面收缩率则楔横轧二次楔轧制的最大收缩率 为93∙75％． 当断面收缩率为超大值时容易出现拉断等情 况而二次楔轧制相比于单次轧制更容易出现中心 疏松［3—10］．因此本文进行了楔横轧二次楔轧制超大 断面收缩率实验研究即总断面收缩率为93∙75％；根 据断面收缩率的分配一次楔和二次楔的断面收缩率 也都为最大断面收缩率为75％．通过实验研究轧制 过程中是否拉断并且把没有拉断的轧件从中间锯 断对轧件进行磨光处理通过金相显微镜放大测量 其最大中心孔洞．对所得到的数据进行处理研究一 次楔成形角 α1二次楔成形角 α2一次楔展宽角 β1 和二次楔展宽角β2 对轧制内部质量的影响． 1 实验描述 该实验在 H630楔横轧轧机上进行实验所用 模具基圆直径为584mm坯料直径为40mm一次 楔轧制后的直径为20mm二次楔轧制后的轧件直 径为10mm．轧件的轧后长度（二次楔模具展宽长 度）统一为100mm轧件材料为45＃ 钢．一般情况 第30卷 第4期 2008年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．4 Apr．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．04．026
第4期 娄依志等：工艺参数对楔横轧二次楔轧制超大断面收缩率轴类件的影响 .433 下楔横轧轧制的成形角在18~34°之间，展宽角在4 验还进行了单次楔轧制，实验所用模具基圆直径也 ~12°之间.本次实验的具体参数安排如表1所示. 为584mm,坯料直径为40mm,轧制后的直径为20 轧件的温度主要通过远红外测温仪进行监控，轧件 mm,单次楔轧制的参数安排如表2所示，坯料的出 的出炉温度为1100℃左右，同时为了对照，本次实 炉温度也控制在1100℃左右. 表1二次楔轧制实验模具的工艺参数 Table 1 Process parameters for the twice cross wedge rolling die 一次楔展宽角 二次楔展宽角 一次楔成形角， 二次楔成形角 一次楔断面收 二次楔断面收 总断面收缩 /C) B/( a/() a2/( 缩率，4/% 缩率，中/% 率，/% 6,9 6,9 20,30 20,30 75 75 93.75 表2单次楔实验模具的工艺参数 下放大100倍，查找其最大孔洞，显微镜下的中心孔 Table 2 Process parameters for the once cross wedge rolling die 洞照片如图3所示.通过带有刻度的十字目镜测量 单次楔展宽角 单次楔成形角 单次楔断面收缩 其大小，本文中的孔洞大小为孔洞的最长边长度加 月/ al() 率，中/% 上垂直于最长边线段长度，然后除以2得到的值， 6,9 20,30 75 各组数值取平均，得到单次楔轧后直径为20mm的 试件的最大孔洞大小（如表3所示）：二次楔轧制大 在表1中， 断面收缩率的试件孔洞大小（如表4所示） 4=(1-d/d6)×100% 4=(1-d/d)×100% =(1-d16)×100%= (1) [1-(1-4)(1-4)]×100% 式中，中为总断面收缩率，%；d0为轧件轧前直径， mm;d1为轧件一次轧制后直径，mm;d2为轧件二 次轧制后直径，mm 2结果与分析 图1拉断轧件 本次实验共进行了20组工况轧制，每个工况轧 Fig.1 Tension fracture of rolled pieces 制4根零件，得到有效轧件80根，其中有3组工况 抛光面」 共12根轧件出现从中间拉断状况（如图1）.然后把 没拉断的17组工况共68根轧件通过锯床从中间锯 切断位置 断，切断位置如图2所示.依次通过100*、200*和 图2切断位置示意图 400的砂纸把轧件的中间端面磨光，在金相显微镜 Fig.2 Sketch of cutting position (b) 0.1 mm 0 I mm /00/300031 a/09/300027 图3最大孔洞的金相显微照片.(a)a1=a2=20°，月1=月2=6：(b)©1=20°，2=30°，月=6°，月2=9° Fig3 Micrographs of the maximal cavity:(a)a1=a2=20，°月=月=6；(b)a1=20,2=30，°月=月2=6°
下楔横轧轧制的成形角在18～34°之间展宽角在4 ～12°之间．本次实验的具体参数安排如表1所示． 轧件的温度主要通过远红外测温仪进行监控轧件 的出炉温度为1100℃左右．同时为了对照本次实 验还进行了单次楔轧制实验所用模具基圆直径也 为584mm坯料直径为40mm轧制后的直径为20 mm单次楔轧制的参数安排如表2所示坯料的出 炉温度也控制在1100℃左右． 表1 二次楔轧制实验模具的工艺参数 Table1 Process parameters for the twice cross wedge rolling die 一次楔展宽角 β1／（°） 二次楔展宽角 β2／（°） 一次楔成形角 α1／（°） 二次楔成形角 α2／（°） 一次楔断面收 缩率ψ1／％ 二次楔断面收 缩率ψ2／％ 总断面收缩 率ψ／％ 69 69 2030 2030 75 75 93∙75 表2 单次楔实验模具的工艺参数 Table2 Process parameters for the once cross wedge rolling die 单次楔展宽角 β1／（°） 单次楔成形角 α1／（°） 单次楔断面收缩 率ψ1／％ 69 2030 75 在表1中 ψ1＝（1— d 2 1／d 2 0）×100％ ψ2＝（1— d 2 2／d 2 1）×100％ ψ＝（1— d 2 1／d 2 0）×100％＝ ［1—（1—ψ1）（1—ψ2）］×100％ （1） 式中ψ为总断面收缩率％；d0 为轧件轧前直径 mm；d1 为轧件一次轧制后直径mm；d2 为轧件二 次轧制后直径mm． 2 结果与分析 本次实验共进行了20组工况轧制每个工况轧 制4根零件得到有效轧件80根其中有3组工况 共12根轧件出现从中间拉断状况（如图1）．然后把 没拉断的17组工况共68根轧件通过锯床从中间锯 断切断位置如图2所示．依次通过100＃、200＃和 400＃的砂纸把轧件的中间端面磨光在金相显微镜 下放大100倍查找其最大孔洞显微镜下的中心孔 洞照片如图3所示．通过带有刻度的十字目镜测量 其大小本文中的孔洞大小为孔洞的最长边长度加 上垂直于最长边线段长度然后除以2得到的值． 各组数值取平均得到单次楔轧后直径为20mm 的 试件的最大孔洞大小（如表3所示）；二次楔轧制大 断面收缩率的试件孔洞大小（如表4所示）． 图1 拉断轧件 Fig．1 Tension fracture of rolled pieces 图2 切断位置示意图 Fig．2 Sketch of cutting position 图3 最大孔洞的金相显微照片．（a） α1＝α2＝20°β1＝β2＝6°；（b） α1＝20°α2＝30°β1＝6°β2＝9° Fig．3 Micrographs of the maximal cavity：（a） α1＝α2＝20°β1＝β2＝6°；（b） α1＝20°α2＝30°β1＝β2＝6° 第4期 娄依志等： 工艺参数对楔横轧二次楔轧制超大断面收缩率轴类件的影响 ·433·
.434 北京科技大学学报 第30卷 2.1单次轧制情况分析 成孔洞，同时通过对照表3和表4，可以发现二次楔 从表3中可以看出，工艺参数对单次楔的影响 轧制条件下比单次楔更容易形成中心孔腔 不显著，基本上没有一定的规律可循，这是在超大断 表3单次楔轧制后直径为20mm试件的最大孔洞大小 面收缩率的情况下出现的特殊情况，实验同时，还 Table 3 Maximal cavity size of the sample of 20mm in diameter after 对原坯料的内部疏松状况进行了分析，通过对五个 single cross wedge rolling 坯料的抽样检查，发现其中有四个坯料中也存在缺 月/( 最大孔洞大小/m 陷，平均孔洞大小为0.0522mm·故很难说在超大 a1=20° 41=30° 断面收缩率的情况下单次楔轧制的孔洞是楔横轧轧 115.00 83.75 制造成的，还是原始坯料中就有的，一般认为当单 9 83.33 98.75 次楔轧制断面收缩率较大的轴类零件时，不容易形 表4二次楔轧制超大断面收缩率试件的最大孔洞大小 Table 4 Maximal cavity size of the sample with limiting area reduction after twice cross wedge rolling 最大孔洞大小/凸m B/( B/( 41=20°，2=20 41=20°，a2=30° 41=30°，2=20° a1=30,2=30° 33.625 拉断 28.25 10.5 6 9 40.26 4.5 8.625 7.75 9 6 117.875 拉断 45.25 拉断 9 9 85.5 5.15 9.75 4.25 2.2拉断情况分析 2.3成形角对楔横轧二次楔轧制大断面收缩率试 本次轧制实验中，共有三组轧件都是在进行了 件的最大孔洞的影响 二次楔轧制后拉断.实验发现工艺参数对拉断有着 从表4可以发现，成形角的大小对楔横轧二次 重要影响：当一次楔成形角为20°和30°，都有可能 楔轧制大断面收缩率轴类的中心孔洞存在着重要影 出现拉断；而二次楔成形角都为30°，出现拉断，通 响，并且存在着一定的规律 过分析可以发现一次楔的大小对拉断的影响不大， 当二次楔成形角为20°时，随着一次楔成形角 而二次楔的成形角对其影响很大，一般是二次楔成 的增大，轧件的最大中心孔洞也随着减少，并且影响 形角越大，越容易出现拉断情况，这是由于成形角 比较显著，当二次楔成形角为30时，很容易出现拉 的增加，轴向流动的金属量增加，作用于接触面上的 断的情况：在没有出现拉断的情况下，一次楔成形角 正压力的轴向分力增加，所以当二次楔的成形角较 对中心孔洞大小影响不明显，这是由于断面收缩率 大时，易出现拉断 达到最大，一次楔轧制后中心孔洞基本上不大，而选 实验发现当一次楔和二次楔的展宽角较小时， 取二次楔成形角为30°时，也不容易形成孔洞，同时 很容易出现拉断，但二次楔的影响比一次楔的影响 选取大的成形角时，孔洞也没有增大的趋势. 要明显，这是因为随着展宽角增大，轧件沿径向方 从表4可以看出，当一次楔为20°时，在不拉断 向发生塑性变形的肩部面积减少，金属的轴向流动 的情况下，随着二次楔成形角增大，中心最大孔洞减 趋势减小，轧件沿径向方向发生的塑性变形的轴部 少，影响比较明显.当一次楔为30°时，在不拉断的 接触面积增大，与金属流动方向相反的摩擦力增大， 情况下，随着二次楔成形角的增大，中心最大孔洞减 轴向力减少，所以展宽角较小时，很容易出现拉断， 少，但影响不是很显著，这是由于在超大断面收缩率 一般是二次楔的工艺参数比一次楔更具有决定 下一次楔成形角较大时，基本上不会形成孔洞，而二 性作用.当二次楔成形角较大，二次展宽角较小时， 次楔轧制时又处于拉断与不拉断的临界状态，故当 轧件越容易拉断，这是因为当轧件一次楔轧制完成 不拉断时，一般不会再扩展中心孔洞， 后，轧件的直径为20mm,而二次楔轧制后的直径 2.4展宽角对二次楔轧制大断面收缩率试件的最 为l0mm,而进行二次楔轧制的轧件进行了很大的 大孔洞影响 塑性变形，其塑性已经下降，所以二次楔轧制的成形 分析表4，展宽角大小对楔横轧二次楔轧制大 角和展宽的大小比一次楔的成形角和展宽角更容易 断面收缩率轴类的中心孔洞的大小有着举足轻重的 影响超大断面收缩率下的拉断情况 作用
2∙1 单次轧制情况分析 从表3中可以看出工艺参数对单次楔的影响 不显著基本上没有一定的规律可循这是在超大断 面收缩率的情况下出现的特殊情况．实验同时还 对原坯料的内部疏松状况进行了分析．通过对五个 坯料的抽样检查发现其中有四个坯料中也存在缺 陷平均孔洞大小为0∙0522mm．故很难说在超大 断面收缩率的情况下单次楔轧制的孔洞是楔横轧轧 制造成的还是原始坯料中就有的．一般认为当单 次楔轧制断面收缩率较大的轴类零件时不容易形 成孔洞．同时通过对照表3和表4可以发现二次楔 轧制条件下比单次楔更容易形成中心孔腔． 表3 单次楔轧制后直径为20mm 试件的最大孔洞大小 Table3 Maximal cavity size of the sample of 20mm in diameter after single cross wedge rolling β1／（°） 最大孔洞大小／μm α1＝20° α1＝30° 6 115∙00 83∙75 9 83∙33 98∙75 表4 二次楔轧制超大断面收缩率试件的最大孔洞大小 Table4 Maximal cavity size of the sample with limiting area reduction after twice cross wedge rolling β1／（°） β2／（°） 最大孔洞大小／μm α1＝20°α2＝20° α1＝20°α2＝30° α1＝30°α2＝20° α1＝30°α2＝30° 6 6 33∙625 拉断 28∙25 10∙5 6 9 40∙26 4∙5 8∙625 7∙75 9 6 117∙875 拉断 45∙25 拉断 9 9 85∙5 5∙15 9∙75 4∙25 2∙2 拉断情况分析 本次轧制实验中共有三组轧件都是在进行了 二次楔轧制后拉断．实验发现工艺参数对拉断有着 重要影响：当一次楔成形角为20°和30°都有可能 出现拉断；而二次楔成形角都为30°出现拉断．通 过分析可以发现一次楔的大小对拉断的影响不大 而二次楔的成形角对其影响很大一般是二次楔成 形角越大越容易出现拉断情况．这是由于成形角 的增加轴向流动的金属量增加作用于接触面上的 正压力的轴向分力增加所以当二次楔的成形角较 大时易出现拉断． 实验发现当一次楔和二次楔的展宽角较小时 很容易出现拉断但二次楔的影响比一次楔的影响 要明显．这是因为随着展宽角增大轧件沿径向方 向发生塑性变形的肩部面积减少金属的轴向流动 趋势减小轧件沿径向方向发生的塑性变形的轴部 接触面积增大与金属流动方向相反的摩擦力增大 轴向力减少所以展宽角较小时很容易出现拉断． 一般是二次楔的工艺参数比一次楔更具有决定 性作用．当二次楔成形角较大二次展宽角较小时 轧件越容易拉断．这是因为当轧件一次楔轧制完成 后轧件的直径为20mm而二次楔轧制后的直径 为10mm而进行二次楔轧制的轧件进行了很大的 塑性变形其塑性已经下降所以二次楔轧制的成形 角和展宽的大小比一次楔的成形角和展宽角更容易 影响超大断面收缩率下的拉断情况． 2∙3 成形角对楔横轧二次楔轧制大断面收缩率试 件的最大孔洞的影响 从表4可以发现成形角的大小对楔横轧二次 楔轧制大断面收缩率轴类的中心孔洞存在着重要影 响并且存在着一定的规律． 当二次楔成形角为20°时随着一次楔成形角 的增大轧件的最大中心孔洞也随着减少并且影响 比较显著．当二次楔成形角为30°时很容易出现拉 断的情况；在没有出现拉断的情况下一次楔成形角 对中心孔洞大小影响不明显这是由于断面收缩率 达到最大一次楔轧制后中心孔洞基本上不大而选 取二次楔成形角为30°时也不容易形成孔洞同时 选取大的成形角时孔洞也没有增大的趋势． 从表4可以看出当一次楔为20°时在不拉断 的情况下随着二次楔成形角增大中心最大孔洞减 少影响比较明显．当一次楔为30°时在不拉断的 情况下随着二次楔成形角的增大中心最大孔洞减 少但影响不是很显著这是由于在超大断面收缩率 下一次楔成形角较大时基本上不会形成孔洞而二 次楔轧制时又处于拉断与不拉断的临界状态故当 不拉断时一般不会再扩展中心孔洞． 2∙4 展宽角对二次楔轧制大断面收缩率试件的最 大孔洞影响 分析表4展宽角大小对楔横轧二次楔轧制大 断面收缩率轴类的中心孔洞的大小有着举足轻重的 作用． ·434· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第4期 娄依志等：工艺参数对楔横轧二次楔轧制超大断面收缩率轴类件的影响 .435 当一次楔成形角和二次楔成形角都为20°，随 不出现拉断情况，建议设计模具时，一次楔应该选择 着一次楔展宽角的增大，轧件的中心孔洞随着增大， 比较大的成形角和比较小的展宽角，而二次楔应该 并且影响很明显，当一次楔成形角为20°或者30°， 选择比较小的成形角和比较大的展宽角 二次楔成形角为30°时，在不拉断的情况下，一次楔 展宽角对中心孔洞的大小影响不明显；在超大断面 参考文献 收缩率的情况下，成形角对中心孔洞的影响至关重 [1]Pan B G.Research on Porosity Mechanism of Parts by Cross 要.当一次楔成形角为30°和二次楔成形角为20°， Wedge Rolling [Dissertation]Beijing:University of Science and Technology Beijing,1983:30 随着一次楔展宽角的增大，轧件的中心孔洞随着增 (潘必刚，楔横轧轧件疏松机理研究[学位论文]北京：北京科 大；并且当二次楔展宽角比较小时影响明显，二次楔 技大学，1983,30) 展宽角比较大时影响不明显， [2]Wang M L.Force parameters research by examination in second 从表中可以看出，当一次楔成形角为20°或30° wedge of cross wedge rolling Dissertation ]Beijing:University 而二次楔成形角为20°时，随着二次楔展宽角的增 of Science and Technology Beijing.2007:15 (王明龙.楔横轧二次楔入轧制力能参数实验研究[学位论文] 大，轧件的中心孔洞随着减少，并且影响很明显；当 北京：北京科技大学，2007：15) 二次楔成形角为30°时，只有一组工况没有出现 [3]Choi S.Cold rolling technique for eliminating cuffing process in 拉断， manufacturing precise product using non-heat-treated micro alloys /The Fifth Pacifie Rim International Conference on Advanced 3结论 Materials and Processing Beijing.2005 [4]Pater Z.Theoretical and experimental analysis of cross wedge (1)通过对实验得出的数据分析后发现，当总 rolling process.Int J Mach Tools Manuf.2000.40:49 断面收缩率为超大断面收缩率时，工艺参数对楔横 [5]Yang C P.Zhang K S.Liu J P,et al.Internal defects in rolled 轧二次楔轧制有很大的影响，只要参数得当，二次 pieces during three roll cross wedge rolling.JUniv Sci Technol 楔轧制可以获得合格的大断面收缩率轴类件；但是 Beijing,2006,28(5):464 如果工艺参数控制不好，很容易出现拉断，或者轧件 (杨翠萍，张康生，刘晋平，等.三辊楔横轧应力应变场对内部 缺陷的影响.北京科技大学学报，2006,28(5)：464) 中心容易出现较大的孔洞 [6]Yang C P.Hu Z H.Zhang K S,et al.Study on axial deformation (2)在超大断面收缩率条件下，工艺参数对单 of workpiece in eross wedge rolling.Chin J Mech Eng.2004.40 次楔轧制轧件的内部孔洞的影响不显著， (9):80 (③)二次楔的工艺参数比一次楔的工艺参数更 (杨翠苹，胡正囊，张康生，等.楔横轧轴件轴向变形研究，机械 容易影响轧制的拉断情况·当二次楔的成形角较大 工程学报，2004,40(9)：80) 时，容易出现拉断：同时当二次楔的展宽角较小时， [7]Qiang L.Michael L.On the critical interfacial friction of a two- roll CWR process.J Mater Process Technol,2005,60:245 也容易出现拉断 [8]Pater Z.Determination of rolling radius and loads in cross wedge (4)一次楔成形角和二次楔成形角都对内部孔 rolling.J Metall.1999.28,117 洞有着较大影响：随着成形角的增大，中心孔洞 [9]Dong Y M.Analysis of stress in cross wedge rolling with applica- 减少. tion to failure.Inter J Mech Sci,2000,42:1233 (5)一次楔展宽角和二次楔展宽角对内部孔洞 [10]Liu G H,Ren G S.Xu C G.et al.Research on mechanism of interiorhollow defect during the deformation of cross wedge 的影响不一致：随着一次楔展宽角增大，最大中心孔 rolling.Chin J Mech Eng.2004.40(2):150 洞增大：随着二次楔展宽角增大，最大中心孔洞 (刘桂华，任广升，徐春国，等.楔横轧变形过程中内部缺陷 减少 产生机理的模拟研究-机械工程学报，2004,40(2)：150) (6)为了保证楔横轧轧件的内部质量，同时又
当一次楔成形角和二次楔成形角都为20°随 着一次楔展宽角的增大轧件的中心孔洞随着增大 并且影响很明显．当一次楔成形角为20°或者30° 二次楔成形角为30°时在不拉断的情况下一次楔 展宽角对中心孔洞的大小影响不明显；在超大断面 收缩率的情况下成形角对中心孔洞的影响至关重 要．当一次楔成形角为30°和二次楔成形角为20° 随着一次楔展宽角的增大轧件的中心孔洞随着增 大；并且当二次楔展宽角比较小时影响明显二次楔 展宽角比较大时影响不明显． 从表中可以看出当一次楔成形角为20°或30° 而二次楔成形角为20°时随着二次楔展宽角的增 大轧件的中心孔洞随着减少并且影响很明显；当 二次楔成形角为30°时只有一组工况没有出现 拉断． 3 结论 （1） 通过对实验得出的数据分析后发现当总 断面收缩率为超大断面收缩率时工艺参数对楔横 轧二次楔轧制有很大的影响．只要参数得当二次 楔轧制可以获得合格的大断面收缩率轴类件；但是 如果工艺参数控制不好很容易出现拉断或者轧件 中心容易出现较大的孔洞． （2） 在超大断面收缩率条件下工艺参数对单 次楔轧制轧件的内部孔洞的影响不显著． （3） 二次楔的工艺参数比一次楔的工艺参数更 容易影响轧制的拉断情况．当二次楔的成形角较大 时容易出现拉断；同时当二次楔的展宽角较小时 也容易出现拉断． （4） 一次楔成形角和二次楔成形角都对内部孔 洞有着较大影响：随着成形角的增大中心孔洞 减少． （5） 一次楔展宽角和二次楔展宽角对内部孔洞 的影响不一致：随着一次楔展宽角增大最大中心孔 洞增大；随着二次楔展宽角增大最大中心孔洞 减少． （6） 为了保证楔横轧轧件的内部质量同时又 不出现拉断情况建议设计模具时一次楔应该选择 比较大的成形角和比较小的展宽角而二次楔应该 选择比较小的成形角和比较大的展宽角． 参 考 文 献 ［1］ Pan B G． Research on Porosity Mechanism of Parts by Cross Wedge Rolling ［Dissertation］．Beijing：University of Science and Technology Beijing1983：30 （潘必刚．楔横轧轧件疏松机理研究［学位论文］．北京：北京科 技大学1983：30） ［2］ Wang M L．Force parameters research by examination in second wedge of cross wedge rolling ［Dissertation］．Beijing：University of Science and Technology Beijing2007：15 （王明龙．楔横轧二次楔入轧制力能参数实验研究［学位论文］． 北京：北京科技大学2007：15） ［3］ Choi S．Cold rolling technique for eliminating cuffing process in manufacturing precise product using non-heat-treated micro alloys ∥ The Fifth Pacific Rim International Conference on A dv anced Materials and Processing．Beijing2005 ［4］ Pater Z．Theoretical and experimental analysis of cross wedge rolling process．Int J Mach Tools Manuf200040：49 ［5］ Yang C PZhang K SLiu J Pet al．Internal defects in rolled pieces during three-roll cross wedge rolling．J Univ Sci Technol Beijing200628（5）：464 （杨翠萍张康生刘晋平等．三辊楔横轧应力应变场对内部 缺陷的影响．北京科技大学学报200628（5）：464） ［6］ Yang C PHu Z HZhang K Set al．Study on axial deformation of workpiece in cross wedge rolling．Chin J Mech Eng200440 （9）：80 （杨翠苹胡正寰张康生等．楔横轧轴件轴向变形研究．机械 工程学报200440（9）：80） ［7］ Qiang LMichael L．On the critical interfacial friction of a tworoll CWR process．J Mater Process Technol200560：245 ［8］ Pater Z．Determination of rolling radius and loads in cross-wedge rolling．J Metall199928：117 ［9］ Dong Y M．Analysis of stress in cross wedge rolling with application to failure．Inter J Mech Sci200042：1233 ［10］ Liu G HRen G SXu C Get al．Research on mechanism of interio-r hollow defect during the deformation of cross wedge rolling．Chin J Mech Eng200440（2）：150 （刘桂华任广升徐春国等．楔横轧变形过程中内部缺陷 产生机理的模拟研究．机械工程学报200440（2）：150） 第4期 娄依志等： 工艺参数对楔横轧二次楔轧制超大断面收缩率轴类件的影响 ·435·