D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.03.066 第24卷第3期 北京科技大学学报 VoL.24 No.3 2002年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2002 斜轧中凸棱斜率对轧件心部应力影响 康永强刘晋平胡正寰 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要应用ANSYS-DYNA有限元软件，对螺旋孔型斜轧轴类件进行轧制过程的模拟，得到 轧件中间横截面的上应力分布曲线，同时分析了凸棱斜率对轧件中心部位应力变化的影响规 律.结果认为，凸棱斜率对轧件中心部位主应力和等效应力有较大的影响，轧件心部的应力状态 和积累是导致心部疏松的主要原因 关键词螺旋孔型斜轧；有限元；应力；疏松 分类号TG335.19 螺旋孔型斜轧在轧制钢球技术的应用已经 轧辊 成熟，但在其他工件成形中的应用还处于探索 阶段.根据螺旋孔型斜轧的特点，轧制多台阶短 轴具有相当大经济效益，同时，由于螺旋孔型 斜轧的变形机理比较复杂，对其在理论方面的 研究还不成熟.轧件内部疏松是螺旋孔型斜轧 轧件 极易出现的问题，由于这种工艺轧件变形复杂， 影响因素多，到目前为至，疏松机理还没有得到 一致的结论，现有的观点都是在简化条件下得 到的，误差较大 本文利用有限元软件ANSYS中的LS- DYNA模块，分析了轴类件在轧制过程中，轧件 中间横截面上应力分布状况和轧辊凸棱斜率k 图1斜轧台阶轴轧制过程示意图 对轧件中心部位的应力的影响，确定了轧件容 Fig.1 The process of skew rolling step axis 易产生疏松的条件，对轧辊的设计具有理论参 考作用 1有限元模型的建立 图1所示为斜轧轧制台阶轴轧制过程示意 图2轧辊展开图 图，轧辊型腔前后未封闭，属于开放孔型.图2 Fig.2 The drawing of unwinded roller 为轧辊的展开图，轧辊凸棱斜率k为凸棱上表面 b L 与凸棱基准辊面夹角0的正切值，即k-g8.图3 为轧件图，表1为有限元数值模型参数，图和表 中d为轧件的原始直径，d,为轧件轧后的最终直 径，b为轧件的端头长度，L为轧件成形部分的最 终长度，D为轧辊基圆直径，a为轧辊倾角，S为 轧辊的固定导程.螺旋孔型斜轧轧辊与轧件的 图3轧件图 收稿日期2001-1204康永强男，28岁，博士研究生 Fig.3 The drawing of workpiece *国家自然科学基金资助重点项目(No.50035010)
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 】 斜轧 中凸棱斜率对轧件心部应 力影响 康永强 刘晋平 胡正 寰 北京科技大学机械工程学院 ， 北京 摘 要 应用 一 有 限元软件 ， 对螺旋孔型斜轧轴类件进行轧制过程 的模拟 ， 得到 轧件中间横截面 的上应力 分布 曲线 ， 同时分析了 凸棱斜率对轧件中心部位应力 变化的影响规 律 结果认为 ， 凸棱斜率对轧件 中心部位主应力 和等效应力有较大的影 响 ，轧件心 部的应力状态 和 积累是导致心 部疏松的主要原 因 关键词 螺旋孔 型 斜轧 有 限元 应力 疏松 分类号 ， 螺旋孔 型 斜轧在轧制钢球技术 的应用 已经 成熟 ， 但在其他工 件成形 中的应用 还 处于探索 阶段 根据螺旋孔型 斜轧 的特点 ， 轧制多 台阶短 轴具有 相 当大经济效益 「，， 同时 ， 由于螺旋孔 型 斜轧 的变形机理 比较复杂 ， 对其在理论方 面 的 研究还 不 成熟 轧件 内部疏松是螺旋孔 型 斜轧 极易出现 的 问题 ， 由于这种工艺轧件变形复杂 ， 影 响 因素多 ， 到 目前为至 ， 疏松机理还 没有得到 一致 的结论 ， 现有 的观点都是在 简化条件下得 到 的 ， 误差较大 「，一 ， 本 文 利 用 有 限 元 软 件 中 的 模块 ， 分析 了轴类件在轧制过程 中 ， 轧件 中间横截面 上应力分布状 况 和 轧辊 凸棱斜率 对轧件 中心 部位的应力 的影 响 ， 确定 了轧件容 易产生疏 松 的条件 ， 对轧辊 的设计具有理论参 考 作用 「 二 图 斜轧 台阶轴轧制 过程 示 意 图 有限元模型的建立 图 所示 为斜轧轧制 台阶轴轧制过程示 意 图 ， 轧辊 型 腔前后 未封 闭 ， 属 于 开放孔 型 图 为轧辊 的展开 图 ， 轧辊 凸 棱斜率 为 凸棱上表面 与 凸棱基准辊 面 夹角 的正 切 值 ， 即 图 为轧件 图 ， 表 为有 限 元数值模型 参数 ， 图 和 表 中 为轧件的原始直径 ， 话为轧件轧后 的最终直 径 ， 为轧件的端头长度 ， 为轧件成形部分的最 终 长度 ， 为 轧 辊 基 圆直径 ， 为轧辊倾角 ， 为 轧辊 的 固定导 程 螺旋孔 型 斜轧轧辊 与轧 件 的 收稿 日期 一 习 康永强 男 ， 岁 ， 博士研究生 国家 自然科学基金资助重 点项 目 众 图 轧辊展开 图 一 一 升 图 轧件 图 · DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2002．03．066
Vol.24 康永强等：斜轧中凸棱斜率对轧件心部应力彬响 323· 直径比D1d25~6,为了计算方便轧辊直径取基圆 内部在X,Y,Z3个方向存在着正应力和剪应力， 直径，轧件直径取原始直径，且D/d=6. 应力关系复杂，这给分析带来了较大困难；如果 表1有限元模型数值计算参数表 以主应力为研究对象，就可以排除剪应力的影 Tablel Parameters of numerical calculation model mm 响，使分析比较容易.从图5中可以看出轧件心 参数 do d b L al()S D. 部3个主应力和3个正应力相差较小，所以为 数值301510305 49.47180 了便于分析，以主应力和等效应力为研究对象， 由于轧辊弹性变形相对与轧件的塑性变形 轧件轴向中间横截面上应力分布如图6所示. 小得多，忽略轧辊的弹性变形，轧辊采用刚性壳 3个主应力的应力分布图显示出主应力的 单元进行网格划分，轧件采用弹塑性六面体单 最大值出现在轧件中心附近和X轴方向的半径 元进行网格划分.轧件材料为45#钢，轧制温度 中点附近；主应力的最小值出现在轧件与轧辊 为1100℃，其变形抗力采用多段线性弹塑性模 的接触部位.等效应力的最大值出现在轧件中 型，由于塑性变形远大于弹性变形，所以不考虑 心附近和轧件与轧辊接触的部位， 弹性变形的影响，如图4所示1 从以上分析可以看出，斜轧轧件横截面上 中心附近、轧件X向半径中点附近和轧件与轧辊 80 接触部位的应力比较集中.在轧件的中心部位， 70 3个主应力和等效应力都为最大值，应力状态 60 为2个拉应力和1个接近于零的应力，甚至是3 50 6 向拉应力；轧件X向半径中点部位3个主应力为 最大值，等效应力为最小值，应力状态为2个拉 30 应力和1个接近于零的应力，但3个主应力最 20 0 0.1 0.20.30.40.50.60.7 大值出现的位置不重合；轧件与轧辊接触的部 位，3个主应力均为压应力，等效应力为最大值. 图445钢变形抗力曲线 Fig.4 The forming resisting force of 45'steel 80 60 2轧件中间横截面上应力分布 40 6 0 在轧制过程中，轧件和轧辊相对滚动，轧件 逐渐成形，轧件的变形速率较慢，在整个成形过 程中，轧件要旋转几圈，轧件内部金属反复变 -20 形，这就造成轧件内部的应力应变比较复杂 0 0.10.20.30.40.50.60.70.8 断面收缩率，妙 为了确定轧件内部易出现疏松的位置，以 图50.02轧件中心点正应力和主应力关系 k0.02的轧件为例，分析在断面收缩率0.3时， Fig.5 The relation of positive forces and principal forces 轧件轴向中间横截面应力分布情况.由于轧件 the workpiece's center point while k=0.02 (a)第1主应力A=-80,C=-5;(b)第2主应力A仁-100：E=39.3;(c)第3主应力A=-150:D=45;(c)等效应力A=30:B=39.5 B=-42.5:D=32.5:E=70 B=-65.17:C=-30.35:D=4.475B=-115:C=-80:E=-10 C=49:D=58.5:E=68 图6轧件中间横截面应力分布，单位MPa Fig.6 The stress distribution on the middle section of workpiece,MPa
康永 强等 斜轧 中 凸棱斜率对 轧件心 部应 力影响 直径 比 心全 一 ， 为了计算方便轧辊直径取基 圆 直径 ， 轧件直径取原 始直径 ， 且酬 表 有限 元模型 数值计算参数表 参数 数值 由于轧辊弹性变形 相对与轧件 的塑性变形 小得 多 ， 忽略轧辊 的弹性变形 ， 轧辊采用 刚性壳 单元进行 网格划分 ， 轧件采用 弹塑 性六 面体单 元进行 网格划 分 轧件材料 为 钢 ， 轧制温度 为 ℃ ， 其变形抗力采用 多段线性 弹塑性模 型 ， 由于塑性变形远大于 弹性变形 ， 所 以 不 考虑 弹性变形 的影 响 ， 如 图 所示 【， 内部在， ， 个方 向存在 着正 应 力和 剪应力 ， 应力关系复杂 ， 这 给分析带来 了较大 困难 如果 以 主 应力为研究对象 ， 就 可 以 排除剪应力 的影 响 ， 使分析 比较容易 从 图 中可 以看 出轧件心 部 个主 应力 和 个正应力 相差 较小 ， 所 以 为 了便于分析 ， 以 主应力 和 等效应力为研究对象 ， 轧件轴 向中间横截面 上 应力分布 如图 所示 个 主应力 的应力 分布图显 示 出主应力 的 最 大值 出现在轧件 中心 附近 和尤轴方 向的半径 中点 附近 主应力 的最小值 出现在轧件与轧辊 的接触部位 等效应力 的最大值 出现在轧件 中 心 附近 和 轧件与轧辊接 触 的部位 从 以 上 分析可 以看 出 ， 斜轧轧件横截面 上 中心 附近 、 轧件 向半径 中点附近 和轧件与轧辊 接触部位 的应力 比较集 中 在轧件的 中心部位 ， 个主应 力和 等效应力都为最大值 ， 应力状态 为 个拉应力和 个接近 于零的应 力 ， 甚至是 向拉应力 轧件 向半径 中点部位 个 主应力为 最大值 ， 等效应力为最小值 ， 应力状态 为 个拉 应 力和 个接近 于零 的应 力 ， 但 个主 应力最 大值出现 的位置不 重合 轧件与轧辊接触 的部 位 ， 个主应力均为压应力 ， 等效应力为最大值 八︸亡、 ︸︵ 、芝曰 峙‘气，月 八“ ‘ ︸ 右 图 矛钢 变形抗 力 曲线 ， 日 、芝川 轧件 中间横截面上应力分布 在轧制过程 中 ， 轧件和轧辊相对滚 动 ， 轧件 逐渐成形 ， 轧件的变形速率较慢 ， 在整个成形过 程 中 ， 轧件要 旋转几 圈 ， 轧件 内部金 属反 复变 形 ， 这 就造成轧件 内部 的应力应 变 比较复杂 为 了确定轧件 内部易 出现疏 松 的位置 ， 以 的轧件为例 ， 分析在断面 收缩率厂 时 ， 轧 件轴 向中间横截面 应 力分布情况 由于 轧件 或 断面 奎 收缩率 ，班 图 轧件 中心点正应 力和 主应 力关 系 ， 胎 幼第 主应力 一 。 一 第 主应力 一 第 主应力 一 科 等效应力 一 五 一 一 二 一 二 一 石 一 巨 五 图 轧件 中间横截面应 力分布 ，单位
·324· 北京科技大学学报 2002年第3期 因此，轧件中心部位受力条件比较恶劣，材料的 不同凸棱斜率对轧件中心点的应力影响如 塑性较差，容易出现疏松，这与现有的理论和实 图7所示，分别显示出3个主应力和等效应力 践经验相符合.因此，研究轧件中心部位的应力 随k值变化的情况.从图中可以得出如下结论： 变化对研究轧件内部应力状况和轧件内部疏松 (1)凸棱斜率k对第1和第2主应力有很大 的产生原因有典型的意义. 影响.当较小时第1和第2主应力的峰值较大， 并且第1和第2主应力的变化较快，变化量也 3凸棱斜率对轧件中心点应力影响 较大.当k较大时，第1和第2主应力的峰值较 根据斜轧时的旋转条件，当摩擦系数0.3 小，并且第1和第2主应力的变化较慢，变化量 时，凸棱的极限斜率km0.045,同时考虑到轧件 也较小 的形状精度，确定k的研究值为0.014,0.02,0.03， (2)当凸棱斜率k较小时，第3主应力的变 0.04 化量较小，其数值接近于零.随着k的增加，第3 凸棱斜率k的大小代表着轧辊凸棱的升高 主应力的变化量增加，并呈现出明显的压应力 快慢，反映出轧制速度的快慢.成形相同的轧 状态.k越大压应力的峰值越大 件，k大时凸棱所占的辊面角度小，k小时凸棱所 (3)凸棱斜率k对等效应力的峰值，影响不 占的辊面角度大.以图3所示的轧件为例，轧件 大，但对等效应力的变化影响较大 的断面收缩率为0.75时，当-0.014时，凸棱所 在变形开始阶段，轧件的塑性变形区分布 占的辊面角度为360°，当0.04时，凸棱所占的 在轧件外圈，轧件心部处于弹性变形，金属不能 辊面角度为120° 沿轴向流动，变形金属集中在轧件非圆体积处， 凸棱所占的棍面角度越小，轧辊长度越小， 轧件心部产生垂直于轧制方向的径向拉应力和 可以减小轧辊的长度.同时凸棱升高的快慢，还 轴向拉应力，在轧件的心部金属发生塑性流动 受旋转条件、轧件尺寸精度和轧件内部质量等 前，随着轧辊的旋转凸棱逐渐升高加宽，轧件的 多方面因素的影响，所以确定合理的凸棱斜率 断面收缩率增加，非圆体积增加.轧件的非圆体 是比较困难的.通过研究轧辊凸棱不同斜率对 积越大，轧件径向拉应力和轴向拉应力越大，从 轧件心部应力变化的影响，可以为轧辊设计时 而第1和第2主应力也越大 确定合理的凸棱斜率提供理论依据 当轧件心部金属开始发生塑性流动时，变 (a)第1主应力 (b)第2主应力 50 60 40 30 ●-k=0.014 -k=0.020 20 -k=0.014 -k=0.030 一k=0.020 -k-0.040 10 .k-0.030 .k=0.040 0 (c)第3主应力 80 (d等效应力 60 ● 15 40 ●k-0.014 ●一k=0.014 -0.020 25 k-0.020 20 k=0.030 =0.030 k=0.040 k=0.040 -35 0 0 0.1 0.2 0.30.40.50.60.70.8 0 0.10.2 0.30.40.50.60.70.8 断面收缩率，” 断面收缩率，” 图7k值对轧件中心点应力的影响 Fig.7 The influence of k ridge slop of roll on the center point of the workpiece
北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 因此 ， 轧件 中心部位受力条件 比较恶 劣 ， 材料的 塑性较差 ， 容易 出现疏松 ， 这与现有 的理论和 实 践经验相符合 因此 ， 研究轧件中心部位的应力 变化对研究轧件 内部应力状况和 轧件 内部疏松 的产生 原 因有典型 的意义 凸棱斜率对轧件 中心点应力影响 根据斜轧 时 的旋转条件 ， 当摩擦 系数产闭 时 ， 凸棱 的极限斜率 。 ， 同时考虑到轧件 的形状精度 ， 确定 的研究值为 ， ， ， 凸 棱斜率 的 大小代表着轧 辊 凸棱 的 升 高 快慢 ， 反 映 出轧制速度 的快慢 成形相 同的轧 件 ， 大时 凸棱所 占的辊面角度小 ， 小 时凸棱所 占的辊面 角度大 以 图 所示 的轧件为例 ， 轧件 的断面 收缩率为 时 ， 当肪 时 ， 凸 棱所 占的辊 面角度 为 ， 当 时 ， 凸棱所 占的 辊 面 角度 为 凸棱所 占的辊 面角度越小 ， 轧辊长度越小 ， 可 以减小轧辊 的长度 同时 凸棱升高的快慢 ， 还 受旋转条件 、 轧件尺 寸精度 和轧 件 内部质量等 多方面 因素的影 响 ， 所 以确定合理 的 凸棱斜率 是 比较 困难 的 通 过研究 轧辊 凸 棱不 同斜率对 轧件 心 部应力 变 化 的影 响 ， 可 以 为轧辊设计时 确定合理 的凸棱斜率提供理论依据 不 同 凸棱斜率对轧件 中心 点的应力影 响如 图 所示 ， 分别显示 出 个主应力 和 等效应力 随 值变化 的情况 从 图 中可 以得 出如下 结论 凸棱斜率 对第 和 第 主应 力有很 大 影响 当 较小时第 和第 主应力 的峰值较大 ， 并且 第 和 第 主应力 的变化较快 ， 变化量 也 较大 当 较大时 ， 第 和 第 主应 力 的峰值较 小 ， 并且第 和第 主应力 的变化较慢 ， 变化量 也较小 当凸棱斜率 较小 时 ， 第 主 应力 的变 化量较小 ， 其数值接近 于零 随着 的增加 ， 第 主应力 的变 化量增加 ， 并呈 现 出 明显 的压 应力 状态 越 大压应力 的峰值越 大 凸 棱斜率 对等效应力 的峰值 ， 影 响不 大 ， 但对等效应力 的变 化影 响较 大 在变形 开 始阶段 ， 轧件的塑 性 变形 区分布 在轧件外 圈 ， 轧件心 部处于 弹性变形 ， 金 属不 能 沿轴 向流 动 ， 变形金属集 中在轧件非 圆体积处 ， 轧件心部产生垂直于轧 制方 向的径 向拉应力和 轴 向拉应力 在轧件 的心 部金 属 发生 塑 性 流 动 前 ， 随着轧辊 的旋转凸棱逐渐升高加宽 ， 轧件 的 断面收缩率增加 ， 非 圆体积增加 轧件 的非 圆体 积越大 ， 轧件径 向拉应力和轴 向拉应 力越大 ， 从 而第 和 第 主应力 也越大 当轧件心 部金属 开 始发生 塑性流 动 时 ， 变 芝曰心 琦 力 芝已、 第 主应力 、芝讨唠 一令 一卜 一 士 一 一丸 一 一左 ︸曰︸、亡，‘工︸ ‘，乙丹︸、 芝。、心 断面 收缩率 ， 班 断面 收缩 率 ， 图 值对 轧件 中心点应力 的影响
Vol.24 康永强等：斜轧中凸棱斜率对轧件心部应力影响 ·325 形进人稳定状态，非圆体积开始减小，此时轧件 大值越小，其变化量越小；第3主应力最小值越 心部金属所受的拉应力和等效应力达到峰值， 小，其变化量越大. 而后开始下降.由于轧件心部金属开始塑性变 形时，等效应力数值几乎相同.因此在k值不同 4结论 时等效应力的峰值变化较小. (1)轧件中心部位的应力集中，其应力状态 当较小时，轧件的瞬时变形量较小，塑性 为2个拉应力和1个接近与零的应力，且数值 变形区向轧件心部扩展的速度较慢，轧件的非 较大，同时等效应力也较大，因此中心部位比其 圆体积迅速增加，并且变形部分金属反复加工 他部位容易发生疏松 硬化.因此，轧件心部的第1和第2主应力增加 (2)凸棱斜率k对轧件中心部位主应力和等 较快且其峰值较大，第1主应力的增加逐渐抵 效应力有较大影响.当凸棱斜率较小时，轧件心 消了轧制力对轧件心部的影响，使第3主应力 部所受的第1和第2主应力最大值较大，第3主 为拉应力，但数值较小同时心部金属的等效应 应力接近于零，因此轧件容易在变形的前期出 力迅速增加使轧件心部进入塑性状态，因此k越 现疏松破坏.当凸棱斜率较大时轧件心部所受 小轧件心部3个主应力和等效应力达到峰值时 拉应力和等效应力持续较大，由于应力的积累， 的轧件断面收缩率越小，第1和第2主应力其 轧件容易在变形的后期出现疏松破坏. 蜂值越大.当轧件进人稳定变形状态后，由于轧 (3)轧件心部的应力状态和应力积累是导致 件的瞬时变形量较小，轧件的非圆体积迅速减 轧件发生心部疏松的主要原因. 小，轧件心部金属所受的第1和第2主应力以 及等效应力随之减小，同时第3主应力变化也 参考文献 较小 1胡正寰，许协和，沙德元，斜轧与楔横轧原理、工艺及 当k较大时，轧件的瞬时变形量较大，塑性 设备[M.北京：冶金工业出版杜，1985 2赵俊杰.斜轧螺纹锚杆的数值模拟及实验研究D]:[学 变形区向轧件心部扩展的速度较快，轧件心部 位论文]北京：北京科技大学，2000 金属进入塑性状态时，轧件塑性变形区金属硬 3 Yaoming Dong,Kaveh A Tagavi.Analysis of Stress in 化较小，因此轧件所受的第1和第2主应力峰 Cross Wedge Rolling with Application to Failure[J].In- 值较小.同时由于轧辊凸棱升高较快，当轧件心 ternational Journal of Mechancial Sciences,2000,42:1233 部进入稳定塑性变形时，轧件变形量较大.当轧 4 Tetein P K,Liuzin J F.The Mechanism of Metal Rupture 件进入稳定塑性变形以后，由于轧件瞬时变形 in Cross Rolling[J].Stal,1960,10:930 5翁克索夫EΠ.王仲仁等译，金属塑性变形理论M 量较大，轧件的非圆体积较大，所以轧件心部金 北京：机械工业出版社，1992 属所受的第1和第2主应力和等效应力都较大， 6周纪华，管克智.金属塑性变形阻力M们.北京：机械 其变化量则较小，第3主应力为明显的压应力， 工业出版社，1989 k越大轧件心部所受的第1和第2主应力的最 Affect of Ridge Slope on the Stress in the Center of Workpiece in Skew Rolling KANG Yonggiang,LIU Jinping.HU Zhenghuan Mechanical Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT Through the study of the process of skew rolling step-axis with the help of FEM software ANSYS-DYNA,the stress on the middle section of the workpiece and the infection of ridge slope to the stress in the center is known.The result indicates the principal stress and Von-Miss stress have great influence on the middle section of the workpiece,the state of stress and the accumulation of the stress are the main reason of the failure. KEY WORDS skew rolling;FEM;stress;flaw
康永 强等 斜轧 中凸棱斜 率对 轧件心 部应 力 影 响 一 形进人稳定状态 ， 非 圆体积开始减小 ， 此时轧件 心 部金 属所受 的拉应力 和 等效应力 达到 峰值 ， 而后开始下 降 由于 轧件心 部金属开始塑 性变 形 时 ， 等效应力数值几乎相 同 ， 因此在 值不 同 时等效应力 的峰值变 化较小 当 较小时 ， 轧件的瞬时变形 量较小 ， 塑 性 变形 区 向轧件心 部扩展 的速度 较慢 ， 轧件 的非 圆体积迅 速增加 ， 并且 变形 部分金属反 复加 工 硬 化 因此 ， 轧 件心部 的第 和 第 主应力增加 较快且其峰值较大 ， 第 主应 力 的增加逐渐抵 消 了轧制力对轧件心 部的影 响 ， 使第 主应力 为拉应力 ， 但数值较小 同时 心 部金属 的等效应 力迅 速增加使轧 件心 部进人 塑 性状态 ， 因此 越 小轧件心 部 个主应力和 等效应力达到峰值时 的 轧件断面 收缩率越小 ， 第 和 第 主应力其 峰值越 大 当轧件进人稳定变形状态后 ， 由于轧 件 的瞬时变形 量较小 ， 轧件的非 圆体积迅 速 减 小 ， 轧件心 部金属所受的第 和第 主应力 以 及 等效应力随之减小 ， 同时第 主应力变 化 也 较小 当 较大时 ， 轧件 的瞬时变形量 较大 ， 塑 性 变 形 区 向轧件心 部扩展 的 速度较快 ， 轧件心 部 金属 进 入 塑 性状态时 ， 轧件塑 性变形 区 金 属 硬 化较小 ， 因此轧 件所受 的第 和第 主应力 峰 值较小 同时 由于轧辊 凸棱升高较快 ， 当轧件心 部进入稳定塑性变形 时 ， 轧件变形量较大 当轧 件进 人稳定 塑性变形 以后 ， 由于轧件瞬时 变形 量较大 ， 轧件的非 圆体积较大 ， 所 以轧件心部金 属所受的第 和第 主应力和等效应力都较大 ， 其变化量 则较小 ， 第 主应力为 明显 的压应力 越大轧件心 部所受 的第 和 第 主 应力 的最 大值越小 ， 其变化量越小 第 主应力 最小值越 小 ， 其变化量 越大 结论 轧件 中心 部位 的应力集 中 ， 其应力状态 为 个拉应力和 个接近 与零 的应力 ， 且 数值 较大 ， 同时等效应力也较大 ， 因此 中心 部位 比其 他部位容易发 生疏松 凸棱斜率 对轧件 中心 部位 主应 力和等 效应力有较大影 响 当凸棱斜率较小时 ， 轧件心 部所受的第 和第 主应力最大值较大 ， 第 主 应 力接近 于零 ， 因此轧件容易在变形 的前期 出 现疏松破坏 当凸棱斜率较大时轧件心 部所受 拉应力和等效应力持续较大 ， 由于应力的积累 ， 轧件容易在 变形 的后 期 出现疏松破坏 轧件心部 的应力状态 和应力积 累是导致 轧件发生心 部疏松 的 主要 原 因 参 考 文 献 胡正 寰 ， 许协和 ， 沙德元 斜轧与楔横轧原理 、 工艺及 设备 』北京 冶金工业 出版社 ， 赵俊杰 斜轧螺纹锚杆 的数值模拟及 实验研究〔 学 位论文〕 北 京 北京科技大学 ， 台 ， 认乞 口 ， ， ， 加 【 ， ， 翁克索夫 王 仲仁等译 金 属 塑性变形理论 』 北京 机械工业 出版社 ， 周纪华 ， 管克智 金 属塑性变形阻力〔 北 京 机械 工业 出版社 ， 尤咬刀 月 ， 介 ， 动 ， 一 ， ， 勿 一 一 ， 、 电 一 ， 雌