·1542· 北京科技大学学报 第33卷 (a) d 图9不同展宽角下中心横截面的微观孔洞照片.(a)540:(b)640:(c)740:(d)840 Fig.9 Microcosmie photographs of centre holes in the cross section at different stretching angles:(a)40;(b)640;(c)40:(d)840 瞬时展宽量S的计算公式因S=πtan B(r,为轧件 无滑动时的滚动半径，B为展宽角)可得，S在其他 条件不变情况下，尤其是在大断面收缩率情况下随 展宽角增大而增大.S的增大使得轧件变形速度加 快，轧件单位时间内轴向金属流动量加大，径向和切 向流动量减小，因而轧件变形过程中不易发生金属 图10孔洞面积计算方法 堆积情况，不易产生心部缺陷：当展宽角较小时，轧 Fig.10 Calculation methods of the area of centre holes 件变形速度降低，轧件单位时间内轴向金属流动量 表2不同展宽角下中心平均孔洞面积 降低，瞬时展宽量S相对较少，这样轧件变形过程中 Table 2 Average area of centre holes at different stretching angles 易发生金属堆积情况.可见，相对较大的展宽角更 展宽角 5°40 640 7°40 840 能加快单位时间内轴向金属流动量，对心部缺陷减 面积/mm2 0.24 0.17 0.11 0.03 小贡献较大 同时轧件金属向轴向延伸和纵向压缩的塑性成形过 5结论 程，其金属流动示意图如图11所示.从图11中可 (1)轧件心部横向应力、平均应力、最大剪应 以看出轧件金属单位时间内流动量为四边形ABCE 力、最大剪应变及交变次数随展宽角的增大而减小， 的面积SBCE·在ABDE区，如箭头所示，金属主要沿 横向应力、平均应力和交变次数减小的幅度比较大 轴向流动：BCD区金属在径向被压缩，主要向径向 相对较大的展宽角有利于改善楔横轧气门毛坯成形 和切向流动.在轧制过程中若轧件轴向金属流动越 的心部缺陷 快，残留在变形区的金属就越少，越有利于轧件成 (2)轧件心部受展宽角变化影响较大的是横向 形，不易产生心部缺陷.若轧件轴向金属流动不顺 应力、平均应力及交变次数，受展宽角变化影响较大 利，会在变形区内有较多残留金属，残留金属在模具 的阶段是展宽段.最大剪应力和最大剪应变受展宽 间被交替揉搓，容易使轧件中心产生大的横向拉应 角变化影响不大. 力，大的横向拉应力作用在多次交变循环运动的轧 (3)21-4N材料比普通钢更难成形，且更易出 件心部金属上易使心部缺陷扩展.因此，轧件轴向 现轧件心部缺陷，在其他参数己定的情况下轧制 金属流动越快越有利于改善心部缺陷. 21-4N轧件时展宽角取8°40更有利于改善楔横轧 气门毛坯心部缺陷. 参考文献 [1]Wang B,Zhao Q,Wang P.Motoreycle valve materials and heat treatment.Motoreycle Technol,2003(5):19 (王冰，赵强，王萍.摩托车气门材料及热处理.摩托车技术， 图11楔横轧金属流动示意图 2003(5):19) Fig.11 Metal flow of cross wedge rolling 2]Zhao L.Work on compound plastic forming of exhaust.China 楔横轧气门毛坯属于大断面收缩率轧制，一个 Metalforming Equip Manuf Technol,2004,39(6):57 (赵龙.排气门复合塑性成形工艺的研究.锻压装备与制造技 明显的特征就是图11中的轧件变形区比较大，轧件 术，2004,39(6)：57) 变形比较均匀彻底，金属流出比较容易.由变形区 [Ye Y.Improvement on electric upset forging technology of automo-北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 图 9 不同展宽角下中心横截面的微观孔洞照片 . ( a) 5°40'; ( b) 6°40'; ( c) 7°40'; ( d) 8°40' Fig． 9 Microcosmic photographs of centre holes in the cross section at different stretching angles: ( a) 5°40'; ( b) 6°40'; ( c) 7°40'; ( d) 8°40' 图 10 孔洞面积计算方法 Fig． 10 Calculation methods of the area of centre holes 表 2 不同展宽角下中心平均孔洞面积 Table 2 Average area of centre holes at different stretching angles 展宽角 5°40' 6°40' 7°40' 8°40' 面积/mm2 0. 24 0. 17 0. 11 0. 03 同时轧件金属向轴向延伸和纵向压缩的塑性成形过 程，其金属流动示意图如图 11 所示． 从图 11 中可 以看出轧件金属单位时间内流动量为四边形 ABCE 的面积 SABCE ． 在 ABDE 区，如箭头所示，金属主要沿 轴向流动; BCD 区金属在径向被压缩，主要向径向 和切向流动． 在轧制过程中若轧件轴向金属流动越 快，残留在变形区的金属就越少，越有利于轧件成 形，不易产生心部缺陷． 若轧件轴向金属流动不顺 利，会在变形区内有较多残留金属，残留金属在模具 间被交替揉搓，容易使轧件中心产生大的横向拉应 力，大的横向拉应力作用在多次交变循环运动的轧 件心部金属上易使心部缺陷扩展． 因此，轧件轴向 金属流动越快越有利于改善心部缺陷． 图 11 楔横轧金属流动示意图 Fig． 11 Metal flow of cross wedge rolling 楔横轧气门毛坯属于大断面收缩率轧制，一个 明显的特征就是图 11 中的轧件变形区比较大，轧件 变形比较均匀彻底，金属流出比较容易． 由变形区 瞬时展宽量 S 的计算公式［6］S = πrk tan β( rk为轧件 无滑动时的滚动半径，β 为展宽角) 可得，S 在其他 条件不变情况下，尤其是在大断面收缩率情况下随 展宽角增大而增大． S 的增大使得轧件变形速度加 快，轧件单位时间内轴向金属流动量加大，径向和切 向流动量减小，因而轧件变形过程中不易发生金属 堆积情况，不易产生心部缺陷; 当展宽角较小时，轧 件变形速度降低，轧件单位时间内轴向金属流动量 降低，瞬时展宽量 S 相对较少，这样轧件变形过程中 易发生金属堆积情况． 可见，相对较大的展宽角更 能加快单位时间内轴向金属流动量，对心部缺陷减 小贡献较大． 5 结论 ( 1) 轧件心部横向应力、平均应力、最大剪应 力、最大剪应变及交变次数随展宽角的增大而减小， 横向应力、平均应力和交变次数减小的幅度比较大． 相对较大的展宽角有利于改善楔横轧气门毛坯成形 的心部缺陷． ( 2) 轧件心部受展宽角变化影响较大的是横向 应力、平均应力及交变次数，受展宽角变化影响较大 的阶段是展宽段． 最大剪应力和最大剪应变受展宽 角变化影响不大． ( 3) 21--4N 材料比普通钢更难成形，且更易出 现轧件心部缺陷，在其他参数已定的情况下轧制 21--4N 轧件时展宽角取 8°40'更有利于改善楔横轧 气门毛坯心部缺陷． 参 考 文 献 ［1］ Wang B，Zhao Q，Wang P． Motorcycle valve materials and heat treatment． Motorcycle Technol，2003( 5) : 19 ( 王冰，赵强，王萍． 摩托车气门材料及热处理． 摩托车技术， 2003( 5) : 19) ［2］ Zhao L． Work on compound plastic forming of exhaust． China Metalforming Equip Manuf Technol，2004，39( 6) : 57 ( 赵龙． 排气门复合塑性成形工艺的研究． 锻压装备与制造技 术，2004，39( 6) : 57) ［3］ Ye Y． Improvement on electric upset forging technology of automo- ·1542·