第5期 孟令博等：楔横轧小断面收缩率轴类件的椭圆度研究 ·573· 算出轧件的椭圆度 0.7 +B=6.0° 2.2椭圆度的回归 0.6 +7.5 根据有限元模拟结果，按照三元正交多项式回 +B=9.0° -B10.59 归计算表进行方差分析因.将得到的各工况的椭圆 度值进行多项式回归，回归系数采用最小二乘估计 据0.4 法，回归出的椭圆度方程为 03 0.050.100.150.200.250.300.350.40 e=0.5555648+0.0170833B-0.8977778h. 断面收缩率，w (2) 图7椭圆度e关于断面收缩率山的回归曲线 回归方程经显著性检验是高度显著的，回归系 Fig.7 Relationship between area reduction d and ovality e 数经显著性检验一次项B和山高度显著，复相关系 3.3成形角对椭圆度的影响 数R=0.9865→1，说明回归方程显著，且拟合程度 作为楔横轧模具的主要参数，在一般情况下，成 良好 形角对楔横轧成形轴类件的表面质量及尺寸精度有 3工艺参数对椭圆度的影响规律 很大的影响.但是，在本回归方程中，成形角由于对 轧件椭圆度的影响不显著而被剔除.为了研究在小 3.1展宽角B对椭圆度的影响 断面收缩率条件下成形角对椭圆度的影响规律，依 展宽角是轧辊模具设计的一个重要工艺参数. 据有限元模拟的椭圆度数据，作成形角对椭圆度的 图6显示了展宽角对轧件椭圆度的影响规律.可以 直观影响图如图8所示. 看出，椭圆度e随展宽角B的增大而单调增大. 0.65 产生上述现象是由于展宽角B的改变会对轧件 0.60 .B=5°.w=10% f=5°，w=20% 的轴向应力与径向应力产生影响，展宽角越大，轧件 目0.55 B=5°，g=30% 0.50 B=7°，y=10% B=7,u=20% 轴向压缩量就越大，轴向所受到的阻力自然就会加 B=70.u=30% 月-00 星0.40 ,g=10% 大，导致金属轴向流动困难，轧件金属沿轴向不容易 =90 =20% 0.35 B-9° 9=30% 被擀出去：同时由于轧件沿径向变形的轴部接触面 0.30 303540455055 积变大，径向力和切向力会随之增大，导致没被 成形角，c) 擀出的金属沿径向和切向流动，使轧件产生了椭圆 图8成形角α对椭圆度e的影响 化趋势. Fig.8 Influence of forming angle a on ovality e 0.7 由图8可以看出：当断面收缩率为20%、30% +9=9% 时，轧件的椭圆度大多数是随着成形角的增大而略 y05 -18% 有减小：当断面收缩率为10%时，成形角对椭圆度 ·W=27% 星0.4 9=36% 几乎没有影响.也就是说在小断面收缩率范围内， 成形角对轧件椭圆度的影响不明显.成形角α在 0.3 .5 6.5 7.58.59.510.5 28°~50°的变化范围内，椭圆度值的变化最大不超 展宽角，) 过13%. 图6椭圆度ε关于展宽角B的回归曲线 一般情况下成形角越大，使得轧件变形区的金 Fig.6 Relationship between stretching angle B and ovality e 属轴向流动量越大，而径向流动量会减小，金属轴向 3.2断面收缩率山对椭圆度的影响 延伸所受的阻力会减小，有利于金属的轴向流动，轧 由图7可以看出，椭圆度随断面收缩率山的增 件的椭圆度会随之减小.但是，当断面收缩率 大而单调减小. 较小时，模具成形面与轧件的接触区所占轧件横截 产生上述现象是因为当断面收缩率较小时，轧 面比例小，导致成形角的改变对金属轴向流动量影 件沿径向压下量较小，轧件变形多是表面变形，变形 响较小（图9所示，△Z和△Z1为压下量，△S和△S, 不易深入到轧件心部，轧件变形区受到的轴向力以 为不同成形角α情况下金属轴向流动的差量)，使 及径向力均较小，轧件表面的金属不容易被擀出，使 得成形角对轧件的椭圆度几乎没有影响. 得轧件横向变形比较大，从而加大了轧件横截面的 3.4各工艺参数对轧件椭圆度影响程度分析 椭圆化趋势. 通过对轧件椭圆度影响因素的分析可知，各工第 5 期 孟令博等: 楔横轧小断面收缩率轴类件的椭圆度研究 算出轧件的椭圆度． 2. 2 椭圆度的回归 根据有限元模拟结果，按照三元正交多项式回 归计算表进行方差分析［6］． 将得到的各工况的椭圆 度值进行多项式回归，回归系数采用最小二乘估计 法，回归出的椭圆度方程为 e = 0. 555 564 8 + 0. 017 083 3β － 0. 897 777 8ψ． ( 2) 回归方程经显著性检验是高度显著的，回归系 数经显著性检验一次项 β 和 ψ 高度显著，复相关系 数 R = 0. 986 5→1，说明回归方程显著，且拟合程度 良好． 3 工艺参数对椭圆度的影响规律 3. 1 展宽角 β 对椭圆度的影响 展宽角是轧辊模具设计的一个重要工艺参数． 图 6 显示了展宽角对轧件椭圆度的影响规律． 可以 看出，椭圆度 e 随展宽角 β 的增大而单调增大． 产生上述现象是由于展宽角 β 的改变会对轧件 的轴向应力与径向应力产生影响，展宽角越大，轧件 轴向压缩量就越大，轴向所受到的阻力自然就会加 大，导致金属轴向流动困难，轧件金属沿轴向不容易 被擀出去; 同时由于轧件沿径向变形的轴部接触面 积变大，径向力和切向力会随之增大［7--8］，导致没被 擀出的金属沿径向和切向流动，使轧件产生了椭圆 化趋势． 图 6 椭圆度 e 关于展宽角 β 的回归曲线 Fig． 6 Relationship between stretching angle β and ovality e 3. 2 断面收缩率 ψ 对椭圆度的影响 由图 7 可以看出，椭圆度随断面收缩率 ψ 的增 大而单调减小． 产生上述现象是因为当断面收缩率较小时，轧 件沿径向压下量较小，轧件变形多是表面变形，变形 不易深入到轧件心部，轧件变形区受到的轴向力以 及径向力均较小，轧件表面的金属不容易被擀出，使 得轧件横向变形比较大，从而加大了轧件横截面的 椭圆化趋势． 图 7 椭圆度 e 关于断面收缩率 ψ 的回归曲线 Fig． 7 Relationship between area reduction ψ and ovality e 3. 3 成形角 α 对椭圆度的影响 作为楔横轧模具的主要参数，在一般情况下，成 形角对楔横轧成形轴类件的表面质量及尺寸精度有 很大的影响． 但是，在本回归方程中，成形角由于对 轧件椭圆度的影响不显著而被剔除． 为了研究在小 断面收缩率条件下成形角对椭圆度的影响规律，依 据有限元模拟的椭圆度数据，作成形角对椭圆度的 直观影响图如图 8 所示． 图 8 成形角 α 对椭圆度 e 的影响 Fig． 8 Influence of forming angle α on ovality e 由图 8 可以看出: 当断面收缩率为 20% 、30% 时，轧件的椭圆度大多数是随着成形角的增大而略 有减小; 当断面收缩率为 10% 时，成形角对椭圆度 几乎没有影响． 也就是说在小断面收缩率范围内， 成形角对轧件椭圆度的影响不明显． 成形角 α 在 28° ～ 50°的变化范围内，椭圆度值的变化最大不超 过 13% ． 一般情况下成形角越大，使得轧件变形区的金 属轴向流动量越大，而径向流动量会减小，金属轴向 延伸所受的阻力会减小，有利于金属的轴向流动，轧 件的椭圆度会随之减小［9--11］． 但是，当断面收缩率 较小时，模具成形面与轧件的接触区所占轧件横截 面比例小，导致成形角的改变对金属轴向流动量影 响较小( 图 9 所示，ΔZ 和 ΔZ1为压下量，ΔS 和 ΔS1 为不同成形角 α 情况下金属轴向流动的差量) ，使 得成形角对轧件的椭圆度几乎没有影响． 3. 4 各工艺参数对轧件椭圆度影响程度分析 通过对轧件椭圆度影响因素的分析可知，各工 ·573·