·786· 工程科学学报，第37卷，第6期 面A其受凸棱作用次数少，所以振荡周期数也少，变形 直径约为2mm,连接颈自身的轴向变形基本达到最 很快就保持稳定.这种振荡变形方式使得金属受反复 大.同样，截面L也处于连接颈前侧，经过凸棱(1080° 拉压作用，易造成金属的塑性损伤甚至断裂破坏.因 →720)的轧制作用，连接颈直径被轧制到7.2mm,连 此，在轧辊设计中应考虑凸棱的升高速率及凸棱总长 接颈的轴向变形达到较大量，截面L上追踪各点的平 度，保证轧件金属合理的变形次数及变形量，避免因过 均位移量约为8mm. 多的反复拉压次数和过大的反复拉压量而造成球体产 另外，同一截面上的不同追踪点的轴向位移量也 生疏松或孔洞缺陷 不相等.在前半球区的截面（截面E→H),中心点的轴 (3)各截面上追踪点的径向变形时间不同.在轧 向位移最大，而离中心点越远，轴向位移量有所减小： 制的第1圈(0-0.545s)时，截面A→H受凸棱(1080° 在后半球区的截面（截面A→D和截面I→L),中心点 →720)作用：在轧制第2圈(0.545~1.09s)时，截面1 轴向位移最小，而离中心点越远，轴向位移量有所增 →L受凸棱(1080°→720)作用.截面E→H位置的金 大.以截面E和截面D和L为例，具体各追踪点的轴 属基本构成整球的前半球，截面Ⅰ→L位置的金属基本 向位移量如表3所示.这是因为在成形过程中，凸棱 构成整球的后半球.由此可见，在钢球斜轧成形时，整 对连接颈两侧金属有挤压作用，处于凸棱前侧即球体 球的前后两半球不是同时成形的，而是前半球先成形， 后半球区的金属，离轴线中心越远，挤压量越大，且挤 后半球后成形，两者在凸棱上相隔360°，在时间上相 压方向与坯料前进一致，所以总位移量也就越大：而在 隔一个旋转周期，成形后半球时，继续成形和精整前半 凸棱后侧即球体的前半球区的金属，离轴线中心越远， 球，最后当后半球成形结束时，由轧辊精整区对整球进 同样挤压量也越大，但是挤压方向与坯料的前进方向 行精整. 相反，因此总位移量也就越小 3.3轧件的轴向变形 表3追踪点的轴向位移量 在斜轧钢球成形过程中，除径向压缩外，轴向变形 Table 3 Axial displacement of tracked points 是另一个主要变形.图8所示为轧辊旋转两圈后，轧 追踪点 追踪点 轴向位移量/mm 件上各追踪点轴向变形的总体情况.从图中可以看 编号 位置 截面L 出，不同截面上追踪点的变形量不同，同一截面上的不 截面E 截面D 同追踪点的变形量也不同 1 表面点 12.93 26.57 9.08 2 0.75r处 12.58 26.31 8.98 3 0.5r处 13.25 25.30 7.98 4 0.25r处 13.62 24.42 7.18 30 5 中心点 13.67 24.22 7.11 6 0.25r处 13.47 24.31 7.22 15 7 0.5r处 12.94 24.87 7.91 0.75r处 12.14 25.90 8.84 0 396>89 表面点 12.23 26.38 8.88 A B C D E F G H I J K L M 截面编号 1 追踪点编号 3.4特征点的轴向变形历程 图8各追踪点的轴向位移量 为了研究斜轧钢球成形过程中金属的轴向变形历 Fig.8 Axial displacement of tracked points 程，本小节同样选取轧件各截面上的表面点1为特征 截面A→D的轴向位移量最大，截面E→L的轴向 点进行数据分析和规律研究.图9所示为轧辊旋转两 位移量次之，截面M的轴向位移量为零.这种分布与 圈，轧件上表面点轴向变形量随时间的变化情况.从 截面所处位置有关.在轧辊旋转两圈后，截面A→D处 图中可以看出，不同截面表面点的变形周期不同，变形 于轧件最前端的半球区域内，它们的轴向位移量是自 时间不同，变形量也不同： 身的轴向变形量和截面E→L的轴向变形量之和，因 (1)各截面的变形周期不同.在轧辊旋转的第1 此总轴向位移量最大.截面M处于未变形区，其自身 圈(0~0.545s)内，截面A→H上的金属有变形量产 轴向变形量为零，因此总轴向位移量也为零 生，除截面D外，其他截面上的追踪点都在第1圈内完 从图中可以看出，连接颈位置的轴向变形最剧烈， 成变形，轴向变形量保持稳定：在轧辊旋转的第2圈 截面D和截面E处于连接颈两侧，两个截面上各追踪 (0.545~1.09s)内，截面D继续变形，且截面1→L开 点的轴向位移平均差约为12.4mm,说明经过凸棱 始出现变形.这是由于在轧辊旋转的第1圈内，截面 (1080°→360)的轧制作用，连接颈已被轧制至最细， A→H受到凸棱(1080°→720)的轧制作用，截面1→L工程科学学报，第 37 卷，第 6 期 面 A 其受凸棱作用次数少，所以振荡周期数也少，变形 很快就保持稳定． 这种振荡变形方式使得金属受反复 拉压作用，易造成金属的塑性损伤甚至断裂破坏． 因 此，在轧辊设计中应考虑凸棱的升高速率及凸棱总长 度，保证轧件金属合理的变形次数及变形量，避免因过 多的反复拉压次数和过大的反复拉压量而造成球体产 生疏松或孔洞缺陷． (3) 各截面上追踪点的径向变形时间不同． 在轧 制的第 1 圈(0 ～ 0. 545 s)时，截面 A→H 受凸棱(1080° →720°)作用;在轧制第2 圈(0. 545 ～ 1. 09 s)时，截面 I →L 受凸棱(1080°→720°)作用． 截面 E→H 位置的金 属基本构成整球的前半球，截面 I→L 位置的金属基本 构成整球的后半球． 由此可见，在钢球斜轧成形时，整 球的前后两半球不是同时成形的，而是前半球先成形， 后半球后成形，两者在凸棱上相隔 360°，在时间上相 隔一个旋转周期，成形后半球时，继续成形和精整前半 球，最后当后半球成形结束时，由轧辊精整区对整球进 行精整． 3. 3 轧件的轴向变形 在斜轧钢球成形过程中，除径向压缩外，轴向变形 是另一个主要变形． 图 8 所示为轧辊旋转两圈后，轧 件上各追踪点轴向变形的总体情况． 从图中可以看 出，不同截面上追踪点的变形量不同，同一截面上的不 同追踪点的变形量也不同． 图 8 各追踪点的轴向位移量 Fig． 8 Axial displacement of tracked points 截面 A→D 的轴向位移量最大，截面 E→L 的轴向 位移量次之，截面 M 的轴向位移量为零． 这种分布与 截面所处位置有关． 在轧辊旋转两圈后，截面 A→D 处 于轧件最前端的半球区域内，它们的轴向位移量是自 身的轴向变形量和截面 E→L 的轴向变形量之和，因 此总轴向位移量最大． 截面 M 处于未变形区，其自身 轴向变形量为零，因此总轴向位移量也为零． 从图中可以看出，连接颈位置的轴向变形最剧烈， 截面 D 和截面 E 处于连接颈两侧，两个截面上各追踪 点的 轴 向 位 移 平 均 差 约 为 12. 4 mm，说 明 经 过 凸 棱 (1080°→360°)的轧制作用，连接颈已被轧制至最细， 直径约为 2 mm，连接颈自身的轴向变形基本达到最 大． 同样，截面 L 也处于连接颈前侧，经过凸棱(1080° →720°)的轧制作用，连接颈直径被轧制到 7. 2 mm，连 接颈的轴向变形达到较大量，截面 L 上追踪各点的平 均位移量约为 8 mm． 另外，同一截面上的不同追踪点的轴向位移量也 不相等． 在前半球区的截面(截面 E→H)，中心点的轴 向位移最大，而离中心点越远，轴向位移量有所减小; 在后半球区的截面(截面 A→D 和截面 I→L)，中心点 轴向位移最小，而离中心点越远，轴向位移量有所增 大． 以截面 E 和截面 D 和 L 为例，具体各追踪点的轴 向位移量如表 3 所示． 这是因为在成形过程中，凸棱 对连接颈两侧金属有挤压作用，处于凸棱前侧即球体 后半球区的金属，离轴线中心越远，挤压量越大，且挤 压方向与坯料前进一致，所以总位移量也就越大;而在 凸棱后侧即球体的前半球区的金属，离轴线中心越远， 同样挤压量也越大，但是挤压方向与坯料的前进方向 相反，因此总位移量也就越小． 表 3 追踪点的轴向位移量 Table 3 Axial displacement of tracked points 追踪点 编号 追踪点 位置 轴向位移量/mm 截面 E 截面 D 截面 L 1 表面点 12. 93 26. 57 9. 08 2 0. 75r 处 12. 58 26. 31 8. 98 3 0. 5r 处 13. 25 25. 30 7. 98 4 0. 25r 处 13. 62 24. 42 7. 18 5 中心点 13. 67 24. 22 7. 11 6 0. 25r 处 13. 47 24. 31 7. 22 7 0. 5r 处 12. 94 24. 87 7. 91 8 0. 75r 处 12. 14 25. 90 8. 84 9 表面点 12. 23 26. 38 8. 88 3. 4 特征点的轴向变形历程 为了研究斜轧钢球成形过程中金属的轴向变形历 程，本小节同样选取轧件各截面上的表面点 1 为特征 点进行数据分析和规律研究． 图 9 所示为轧辊旋转两 圈，轧件上表面点轴向变形量随时间的变化情况． 从 图中可以看出，不同截面表面点的变形周期不同，变形 时间不同，变形量也不同: (1) 各截面的变形周期不同． 在轧辊旋转的第 1 圈(0 ～ 0. 545 s) 内，截面 A→H 上的金属有变形量产 生，除截面 D 外，其他截面上的追踪点都在第1 圈内完 成变形，轴向变形量保持稳定;在轧辊旋转的第 2 圈 (0. 545 ～ 1. 09 s)内，截面 D 继续变形，且截面 I→L 开 始出现变形． 这是由于在轧辊旋转的第 1 圈内，截面 A→H 受到凸棱(1080°→720°)的轧制作用，截面 I→L ·786·