·272· 工程科学学报，第39卷，第2期 伸状态，而P1表现为明显地压缩状态.二者的轴向应 棒尺寸的增加，轧件出现缩颈，壁厚均匀性恶化.为了 变和等效应变均显示为拉应变，且P2的应变值小于 研究产生这种现象的原因，选取带d=3mm芯棒轧制 PI的值. 状态为参照来研究芯棒直径为5mm时的空心件轧制 综合分析上述现象可以发现，在芯棒直径小于临 过程，参照点P3、P4和研究点P5、P6如图9(b)所示. 界直径的条件下，带芯棒轧制时，轧件轴向流动性变 图9为各个点的应变曲线.当1.2s之后，即参照点和 差，导致金属沿径向和周向流动增强，宏观表现为轧细 研究点对应内壁与芯棒接触之后，各点的应变变化情 段的平均外径增大，平均壁厚变薄，如表3所示.所 况不再一样.与P3相比，P5的径向应变呈现明显地 以，当芯棒直径小于某一临界时，随着芯棒直径增加， 压缩状态，周向应变由压应变最终变为拉应变，轴向拉 表层金属的轴向拉应变减小，径向压应变略微增加，周 应变和等效拉应变均大于3值.这是因为，当芯棒直 向应变在0附近呈现为拉应变，这有利于改善空心气 径大于临界值后，内壁金属沿径向流动受到强烈限制， 门的壁厚均匀性 径向压应变急剧增大.根据最小阻力原理，金属质点 表3空心轧制和带芯棒轧制轧件尺寸比较 总是朝着受阻力最小的方向流动，故内壁金属沿轴向 Table 3 Comparison of the size of workpieces formed with mandrel and without mandrel 和周向的流动增强，其拉应变相较于P3变大，周向应 变最终变为拉应变，如图9(b)、9(c)所示.外层金属 芯棒直径/mm 平均外径/mm 平均壁厚/mm 的流动性也受到影响，表层金属的轴向流动明显增强， 0 10.67 3.56 其拉应变显著增大，如图9()所示.由于内壁受芯棒 3 10.71 3.45 限制其直径不再变化，而外层金属沿轴向流动导致外 3.3缩颈的原因分析 径减小，故P6对应处的横截面积减小，进而引起轴向 图7显示，当芯棒直径超过临界尺寸之后，随着芯 应力增加（如图10所示），这又加速了金属的轴向流 0.5 a 0.6m (b) 0.4 P3 0.2 05 -0.2 -1.0 1.5 06 0.8 -2.0 P5 -1.0 00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0 00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0 时间/s 时间/s 1.8(c 2 1.6 10 420 6 4 0.4 0.2 0.2 00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0 00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0 时间s 时间/s 1.2 (e) 1.0 0.8 02 0 -0.2 00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0 时间s 图93，P4、P5、P6应变曲线 Fig.9 Strain curves of P3,P4,P5 and P6工程科学学报,第 39 卷,第 2 期 伸状态,而 P1 表现为明显地压缩状态. 二者的轴向应 变和等效应变均显示为拉应变,且 P2 的应变值小于 P1 的值. 综合分析上述现象可以发现,在芯棒直径小于临 界直径的条件下,带芯棒轧制时,轧件轴向流动性变 差,导致金属沿径向和周向流动增强,宏观表现为轧细 段的平均外径增大,平均壁厚变薄,如表 3 所示. 所 以,当芯棒直径小于某一临界时,随着芯棒直径增加, 表层金属的轴向拉应变减小,径向压应变略微增加,周 向应变在 0 附近呈现为拉应变,这有利于改善空心气 门的壁厚均匀性. 表 3 空心轧制和带芯棒轧制轧件尺寸比较 Table 3 Comparison of the size of workpieces formed with mandrel and without mandrel 芯棒直径/ mm 平均外径/ mm 平均壁厚/ mm 0 10郾 67 3郾 56 3 10郾 71 3郾 45 图 9 P3、P4、P5、P6 应变曲线 Fig. 9 Strain curves of P3, P4, P5 and P6 3郾 3 缩颈的原因分析 图 7 显示,当芯棒直径超过临界尺寸之后,随着芯 棒尺寸的增加,轧件出现缩颈,壁厚均匀性恶化. 为了 研究产生这种现象的原因,选取带 d = 3 mm 芯棒轧制 状态为参照来研究芯棒直径为 5 mm 时的空心件轧制 过程,参照点 P3、P4 和研究点 P5、P6 如图 9( b)所示. 图 9 为各个点的应变曲线. 当 1郾 2 s 之后,即参照点和 研究点对应内壁与芯棒接触之后,各点的应变变化情 况不再一样. 与 P3 相比,P5 的径向应变呈现明显地 压缩状态,周向应变由压应变最终变为拉应变,轴向拉 应变和等效拉应变均大于 P3 值. 这是因为,当芯棒直 径大于临界值后,内壁金属沿径向流动受到强烈限制, 径向压应变急剧增大. 根据最小阻力原理,金属质点 总是朝着受阻力最小的方向流动,故内壁金属沿轴向 和周向的流动增强,其拉应变相较于 P3 变大,周向应 变最终变为拉应变,如图 9( b)、9( c)所示. 外层金属 的流动性也受到影响,表层金属的轴向流动明显增强, 其拉应变显著增大,如图 9(e)所示. 由于内壁受芯棒 限制其直径不再变化,而外层金属沿轴向流动导致外 径减小,故 P6 对应处的横截面积减小,进而引起轴向 应力增加(如图 10 所示),这又加速了金属的轴向流 ·272·