常州精密钢管博客
无缝钢管穿孔机介绍

 
无缝钢管穿孔机

 

1.  穿孔的发展过程是什么?

今天在无缝钢管生产过程中,穿孔工艺被广泛应用而且是非常经济的。1886年德国的曼内斯曼兄弟申请了用斜辊穿孔机生产管状断面产品的专利。专利中描述了金属变形时内部力的作用和使用两个或多个呈锥形的轧辊进行穿孔,因此被称作曼内斯曼穿孔过程。

R.C 斯蒂菲尔发明的导板使得穿孔后的毛管长度得到增加。后来S.狄舍尔发明了导盘,使穿孔效率得到更大提高。在1981年出现了双支撑的锥形辊穿孔机(单支撑的锥形辊穿孔机由R.C 斯蒂菲尔发明于1899年发明),它比以前的穿孔机在金属的变形上有明显的改进。      

德国和美国在20世纪上半叶将穿孔进行了很大改进, 后半叶德国、俄罗斯和日本又将穿孔机向前推进了一步,近一段时间中国也取得了很大成绩。

当今无缝钢管生产中穿孔工艺更加合理和穿孔过程实现了自动化。常见的穿孔机有锥形辊穿孔机和桶形辊穿孔机。

 

2.  穿孔工序在现代钢管生产中的作用?

在无缝钢管生产中,穿孔工序的作用是将实心的管坯穿成空心的毛管。整个 生产过程一般包括穿孔、轧管和定减径工序。穿孔作为金属变形的第一道工序,穿出的管子壁厚较厚、长度较短、内外表面质量较差,因此叫做毛管。如果在毛管上存在一些缺陷,经过后面的工序也很难消除或减轻。所以在现代钢管生产中穿孔工序的起着重要作用。

 

3.  管坯穿孔的方式有几种?

管坯的穿孔方式有压力穿孔,推轧穿孔和斜轧穿孔。

1)压力穿孔

压力穿孔是在压力机上穿孔,这种穿孔方式所用的原料是方坯和多边形钢锭。工作原理是首先将加热好的方坯或钢锭装入圆形模中 (此圆形模带有很小的锥度),然后压力机驱动带有冲头的冲杆将管坯中心冲出一个圆孔。这种穿孔方式变形量很小,一般中心被冲挤开的金属正好填满方坯和圆形模的间隙,从而得到几乎无延伸的圆形毛管,延伸系数最大不超过1.1

2)推轧穿孔

推轧穿孔是在推轧穿孔机上穿孔,这种穿孔方式是压力穿孔的改进。把固定的圆锥形模改成带圆孔型的一对轧辊。这对轧辊由电机带动方向旋转(两个轧辊的旋转方向相反),旋转着的轧辊将管坯咬入轧辊的孔型,而固定在孔型中的冲头便将管坯中心冲出一个圆孔。为了便于实现轧制,在坯料的尾端加上一个后推力(液压缸),因此,叫做推轧穿孔。

这种穿孔方式使用方坯,穿出的毛管较短,变形量很小,延伸系数一般不大于1.1。推轧穿孔的优点如下:

1)坯料中心处于压应力状态,过程是冲孔和纵轧相结合,不会产生二辊斜轧的内折缺陷,毛管内表面质量好,对坯料质量要求较低;

2)冲头上的平均单位压力比压力穿孔小50%左右,因而工具消耗较小;

3)穿孔过程中主要是坯料的中心部分金属变形,使中心粗大而疏松的组织很好的加工而致密化,同时在压应力作用下,毛管内外表面不易产生裂纹。

4)生产率比压力穿孔高,可达每分钟两支;

以上两种穿孔多生产特殊钢种的无缝钢管,现存的机组很少,因变形量很小,毛管短且厚,因而在热轧无缝钢管机组中要设置斜轧延伸机,将毛管的外径和壁厚减小并使管子延长。另外容易产生较大的壁厚不均。

3)斜轧穿孔

这种穿孔方式被广泛的应用于无缝钢管生产中,一般使用圆管坯,靠金属的塑性变形加工来形成内孔,因而没有金属的损耗。

4.  斜轧穿孔机的分类?

斜轧穿孔机按照轧辊的形状可分为锥形辊穿孔机、盘式穿孔机和桶形辊穿孔机。按照轧辊的数目分又可分为二辊斜轧穿孔机和三辊斜轧穿孔机。

斜轧穿孔机不管轧辊的形状如何不同,为了保证管坯曳入和穿孔过程的实现,都由以下三部分组成:穿孔锥(轧辊入口锥),辗轧锥(轧辊出口锥)和轧辊压缩带——由入口锥到出口锥之过渡部分。

 

5.  二辊式穿孔机和三辊式穿孔机的特点?

二辊式穿孔机主要有带导辊的穿孔机、带导板的穿孔机和带导盘的穿孔机,带导辊的穿孔机一般不常用,只用于穿孔软而粘的有色金属,如铜管、钛管等。带导板的穿孔机具有孔型封闭好、接触变形区长、穿出的毛管壁厚可以更薄的特点而仍然得到重视;带导盘的穿孔机越来越得到发展,它的特点是:

1)生产率高,这是由于主动导盘对轧件产生轴向拉力作用,导致毛管轴向速度增加。最快可以达到34支/分;

2)由于导盘的轴向力作用,使管坯咬入容易一些,减少了形成管端内折的可能性,也可以提高壁厚的精度;

3)导盘比导板有较高的耐磨性,从而减少了换工具的时间并提高了工具寿命;

   三辊式穿孔机的特点是:

        i.      由于三个辊呈等边三角形布置,因而在变形中管坯横断面的椭圆度小;

       ii.      由于三个辊都是驱动的,仅存在顶头上的轴向力,因而穿孔速度较快,但顶头上的轴向阻力比二辊式大;

     iii.      在轧制实心管坯时,由于管坯始终受到三个方向的压缩,加上椭圆度小,一般在管坯中心不会产生破裂,即形成孔腔,从而保证了毛管内表面质量。这种变形方式更适合穿孔高合金钢管。三个轧辊穿孔时坯料和顶头容易保正对中,因此毛管几何尺寸精度高,即毛管横断面壁厚偏差小。

       iv.      因穿孔薄壁毛管时容易形成尾三角,使毛管尾端卡在轧辊辊缝中,更适合穿孔中厚壁毛管。d/s比不超过8

6.  导板和导盘的比较

导板和导盘是穿孔机常用的导位装置,导辊是一种老式的导位装置,现在几乎不用了。导板和导盘的区别为:

1)   导板对孔型的封闭好,可以根据变形区的长度设计导板的长度,而导盘在变形呈弧形分布,接触长度较短,轧辊和导盘的间隙逐渐增大,金属容易进入辊缝而产生链带;

2)   因导盘的主动旋转,可以提高穿孔效率,管坯也容易咬入。导板则次之

3)   使用导板的穿孔机的延伸系数(即可以生产的毛管最小壁厚)比使用导盘的穿孔机要大。

基于以上特点,带导板的穿孔机仍然是一种主流机组。

 

7.  穿孔机的孔型由什么组成?

穿孔机的孔型由轧辊、导盘(或导板)和顶头组成。见下图

 

注:Roll轧辊;plug---顶头;diescher Disc狄舍尔导盘

 

8.  锥形辊穿孔机和桶形辊穿孔机的比较?

这两种穿孔机是当今广泛使用的主要机组,锥形辊穿孔机的历史较短,具有更多优点。比较如下:

1)桶形辊穿孔机和锥形辊穿孔机的轧辊均可以上下和左右布置;

2)桶形辊穿孔机的轧辊由两个锥形组成,锥形辊穿孔机的轧辊由一个锥形组成;

3)桶形辊穿孔机的轧件速度变化为小-大-小,锥形辊穿孔机的轧件速度随轧辊直径的增加从小逐步增大;

4)毛管在孔型中的宽展,锥形辊穿孔机要小些,更有利金属轴向延伸变形,附加变形小,毛管内表面质量好,壁厚精度较桶形辊穿孔机高

5)锥形辊穿孔机的延伸系数比桶形辊穿孔机大,更适合穿孔薄壁毛管,使得轧管机组的机架数目可以减少;d/s比不超过27,使用中不超过20为最佳。

 

二辊式斜轧穿孔机的设备组成

 

9.  斜轧穿孔机的设备由哪几部分组成?

穿孔机设备由主传动、前台、机架和后台四大部分组成。

主传动一般由主电机或主电极+变速箱组成。

前台设备一般包括受料槽、导管和推钢机组成。

机架中包括轧辊和导向设备(导盘或导板)。

后台设备主要包括定心辊、毛管回送辊道、顶杆小车、顶杆小车的止推座及将毛管从穿孔机组运送到轧辊机组的运输设备,常见的运输设备有传送链、回转臂和电动车。

 

10. 主传动的方式及特点?

穿孔机的主传动电机可以使用直流电机或交流电机。直流电机一般通过传动轴直接与轧辊连接,而交流电机则通过减速机和传动轴与轧辊连接。

一个机组可以使用一个电机,即一个电机连接减速机,减速机输出两个输出轴用来驱动轧辊。也可以每个轧辊使用一个电机单独驱动。

穿孔机使用的接轴有万向接轴和十字头接轴。十字头接轴具有良好的调节性能,无论在水平面和垂直平面内都可以产生相对的角位移。

11. 穿孔机传动轴与轧辊的连接方式?

主要连接方式有两种.一种是螺栓连接,这种方式普遍使用,不足之处是拆卸时间较长且在生产中容易松动.两一种方式是扁轴连接,拆卸十分容易,越来越多被采用.

 

12. 管坯定心机的组成结构?

定心方法有两种,即热定心和冷定心。热定心是用压缩空气或液压在热状态下冲孔。特点是生产效率高,设备简单,同时由于冲头形状与顶头鼻部形状相适应,能获得良好的定心孔形状。从近些年的发展来看,热定心工序有逐步被取消的趋势。

冷定心是在离线状态下在机床上钻孔,冷定心仅在高合金或重要用途钢管的生产中采用。

13. 推钢机的作用及形式?

为了将管坯推入轧辊之间,在穿孔机的前台安置推钢机。老式的推钢机采用气动,另外还有链式推钢机和液压推钢机。推钢机的前端装有可以转动的推钢头。现代的推钢机速度可以设定即靠近轧辊前高速推进以节省时间,靠近轧辊时降速以适应管坯的咬入状况。

14. 穿孔机机座(牌坊)有哪几部分组成?

穿孔机的机座大多由包括以下几部分:

1)   转鼓,又称作轧辊箱。作用是放置轧辊,轧辊在转鼓内滑动或与转鼓紧固在一起。

2)   轧辊倾角调整装置,常用的驱动设备是电机+蜗轮蜗杆+定位器(编码器),作用在转鼓上。一般放置的位置在牌坊的侧面。由于立式穿孔机的下转鼓在水平面以下,冷却水及氧化铁皮的长时间冲刷,工作环境恶劣,给电机的维护带来困难,用液压马达替代电极可以解决此问题。

3)   轧辊倾角调整的平衡装置

与轧辊倾角调整装置组合,消除穿孔过程中产生的间隙和冲击。根据转鼓的形状不同,安装的位置可以与倾角调整装置在一侧或另外一侧。常使用液压缸实现此功能。

4)   轧辊的平衡装置

作用是消除穿孔过程中对轧辊的瞬间冲击。

5)   导向装置

导向装置主要指导板和导盘的驱动和调整装置。

6)   机盖

机盖上一般安装轧辊间距的调整装置。

 

15. 机架盖的打开方式?

常见的机架盖打开方式有以下几种:

1)   整体拆卸的机架盖,多见于老式的小机组,如76机组和100的卧式穿孔机;

2)   机架盖侧翻式,利用液压缸将机架盖侧翻起来并放置在机架牌坊的一侧,不足的地方是增加了厂房的高度;

3)   侧移式,现代的穿孔机多采用此种方式,可以将机架盖移到一侧或者将机架盖一分为二分别移到两侧。

4)   无机盖式,压下装置装在牌坊的内侧,轧辊拆装很方便。

16. 常用的轧辊平衡装置有哪几种?

轧辊平衡机构的作用是使轧辊或转鼓紧紧压在压下丝杠的端部,以消除丝杠和轧辊之间的间隙,使轧辊或转鼓能随压下螺丝一起进退。轧辊的平衡装置主要通过液压缸完成(老式穿孔机采用弹簧),作用的位置视转鼓的样式而定,常用的有两种。若转鼓与轧辊固定在一起,则平衡缸的位置一般放在机架内,液压缸直接作用在转鼓上,此种方式常见于锥形辊穿孔机;另一种方式是液压缸放在机架盖上通过T形装置作用于轧辊,此种方式常见于桶形辊穿孔机。

 

17. 轧辊间距的调整方式有哪几种?

轧辊间距的调整方式一般都是通过涡轮、涡杆来实现的,卧式穿孔机的调整机构放机架的侧面,立式穿孔机放置在在机盖上。通过一个电机带动两套涡轮、涡杆分别作用在轧辊或者转鼓上,作用点在轧辊的入口侧和出口侧。也有一台电机单独驱动一套涡轮、涡杆单独的调整方式,二者比较,后一种调整方式生产时更加方便,可以依据轧辊的磨损情况或者根据对毛管直径的要求单独调整一个压下装置。

 

 

 

18. 导盘驱动的方式及特点?

导盘的驱动方式主要有液压驱动和电机驱动,因导盘本身的重量大加之穿孔时作用在导盘上的扭矩较大,所以驱动的装置的功率就得较大。采用液压驱动一般需要一个单独的液压站,投资大,维护困难;采用电机驱动方式一般用于中小机组。

 

19. 导盘调整方式有哪几种?

导盘调整主要指导盘的间距调整、高度调整和轴向调整。

导盘的间距调整,一般由电机、蜗轮蜗杆组成,驱动导盘装置的底座并配以消除间隙的平衡装置;

导盘的高度调整,因孔型封闭的要求,左右导盘的高度不同,调整的方式有垫片调整即直接在导盘下面加垫片和楔块调整调整即通过楔块并配以平衡装置。

导盘的轴向调整,这种方式不常用。因导盘在穿孔时的接触长度比导板短,为了减小毛管尾部的椭圆度,在穿孔机的设计阶段就将导盘的中心线向后移动一些距离。后移的距离使机组大小而定,一般在30毫米以内。

 

20. 导板更换装置的结构?

因导板体积小且容易磨损需要频繁更换的特点,要求调整装置满足:

1)        既要是导板固定可靠,又要更换方便;

2)        导板间距调整灵活

卧式穿孔机导板上下布置,立式穿孔机的导板左右布置,导板的锁紧固定由液压缸完成,一个更换装置上有两个固定锁紧机构,导板可以在线外更换,当一个导板需要更换时,只需将调整装置从机架内用液压缸拉出并旋转1800就可将新导板推入机架内。

 

21. 三辊定心的作用和结构?

由于顶杆很长且直径较小,因此顶杆的刚度较差。为了增加顶杆刚度和防止顶杆在穿孔过程中的抖动,在穿孔机的后台设置定心辊装置。老式穿孔机因毛管较短,定心辊的数目一般为34架,随着毛管长度的增加现代的穿孔机定心辊数目为67架。

每一台定心辊装置有三个互为1200布置定心辊组成,1个上定心辊和2个下定心辊。

在轧制过程中定心辊的另外作用是:

1)   当毛管未接近定心辊时,三个定心棍将顶杆抱住,并随顶杆而转动。作用是使顶杆轴线始终保持在轧制线上,不至于因弯曲而产生甩动;

2)   当毛管接近定心辊时,上下定心辊同时打开一定距离(小打开位置),使毛管进入三个定心辊之间,毛管就在三个定心辊中旋转前进,起导向的作用;

3)   当一只毛管完全穿透之后,上定心辊向上抬起一个较大的距离(大打开位置),布置在定心辊之间的升降辊同时将毛管托住。

定心辊的驱动最早是由气缸完成的,使用在小机组上。后来被液压缸代替。

定心辊小打开的间距需要根据毛管直径的变化而调整,调整距离指导向毛管时三个辊的距离,距离的大小为毛管直径加毛管跳动量,毛管的跳动量一般为812毫米左右,薄壁管可以取上限,厚壁管取下限。

小打开位置调整一般通过调整丝杠来限制液压缸的行程,最新型的液压缸缸体内带有位置检测装置,调整行程只需在调整终端上修改数值即可,具有简单、安全、快捷的优点。

第一架三辊定心辊的位置大多放置在机架以外,为了减小顶杆的悬臂长度及毛管头部的壁厚不均,最新的设计机组将第一架三辊定心辊伸入到机架内或者在机架内设立四辊或三辊式的定心装置。

 

22. 后台升降辊道的作用和结构形式?

升降辊的作用是穿孔前支持顶杆的前行到轧制等待位,穿孔结束后将顶杆上的毛管往后输送,同时也起支持顶杆和毛管的作用。一个穿孔过程中有三个位置即顶杆位、毛管位和下降位。升降辊道最多有67个辊组成,间隔的布置在三辊定心装置之间。

为了提高短毛管从机架内脱出的速度,很多机组在出口第一个升降辊的上方安装一个夹送辊,增加了轴向力,加快了毛管脱出速度。

升降辊的驱动有电机集中传动的,也有电机单独传动的,而升降辊的上升和下降更多采用液压缸的动作并依靠调整丝杠的限制来达到不同位置的目的。最新的驱动方式是采用液压马达驱动并靠有位置传感器定位的液压缸进行升降位置调节。

 

23. 顶杆小车的作用和驱动方式?

顶杆小车的作用是将顶头送到穿孔机轧辊之间的适当位置,在穿孔时承受顶头传来的轴向力。

穿孔时顶杆和顶头与管坯一起转动。由于穿孔机轧辊直径一般要比管坯直径大35倍,故管坯的转速要比轧辊的转速高35倍(精确计算时要考虑滑移系数)。作用在顶杆小车上的力一般约为轧制力的3040%,顶头和管坯接触的瞬间还产生冲击载荷。这些力全部作用在顶杆小车上。

顶杆小车的前后移动的方式有液压缸驱动、有电机+滚筒+钢丝绳驱动、有电机+齿条驱动的。特点分别是:液压缸驱动的行程较短,一般在3米左右,适合于顶杆循环的机组;另外两种驱动方式适用于行程较长,一般行程在1015米左右,非顶杆循环的机组。

 

24. 顶杆小车止推座的结构?

为了使顶头位置在穿孔过程中能够保持不变,顶杆小车要有固定装置,这个固定装置叫做止推座。止推座一般为框架结构,顶杆小车到位后框架上液压缸(或气缸)带动楔块将小车锁死,另外一个液压缸带动楔块消除间隙。

穿孔时,顶头对应轧辊的位置是否正确,直接影响毛管的质量,因此顶头的位置需要时常调整。顶头位置是由顶杆小车位置决定的。为此,在止推座上装有顶杆小车前后位置调整机构。结构一般由电机、蜗轮蜗杆组成并配以平衡液压缸消除间隙。

 

 

25.  顶杆的冷却形式有哪些?

顶杆的循环方式主要有两种。

1)   一种为顶杆不循环,此种方式顶杆一般为内水冷式,而顶头为外水冷式,每穿孔一次更换一个顶头或者直到一个顶头损坏才更换;

2)   另一种方式为顶杆循环使用,此种顶杆结构简单、维护方便,每组一般需要612支才能循环使用。

26. 顶头的使用方式有几种?

顶头的使用方式主要有以下几种:

1)   顶头与顶杆连接在一起一同进行循环的。顶头损坏后需要离线进行更换,一般情况下,一组顶杆67 支,冷却站在轧线之外,占地面积较大,设备较复杂。

2)   顶头在线循环。即使用一支顶杆,每穿孔一次,顶头更换一次,一般情况下使用三个顶头,顶头循环的次序是123,再123。这种方式只更换顶头,使用方便,生产节奏快。但要求顶头的定位精确,工具加工精度高,设备运转正常,否则的话,容易发生顶头与顶杆连接不牢,顶头脱落的情况。

3)   一个顶头/顶杆单独使用。当顶头损坏后,须在线更换顶头顶杆,降低了机组作业率。

 

 

斜轧穿孔机的工具

 

27. 穿孔机有哪些工具?对他们有什么要求?

穿孔机工具主要包括:轧辊、顶头和导板(导盘)。这些工具是直接参与金属变形的。除此之外,还包括顶杆、毛管定位叉、导管、导槽等部件。

工具尺寸和形状要求合理,这样才能保证穿出高质量的毛管,保证穿孔过程的稳定、生产率高、低能耗、工具耐磨性高、使用寿命长的要求。

工具除了要具有正确的尺寸和形状之外,还要合理的使用材质,加工工艺及热处理制度。

 

28. 穿孔机轧辊形状有哪些?

穿孔机轧辊形状主要有盘式辊、桶形辊和锥形辊,盘式辊现很少使用,常用的是桶形辊和锥形辊。

从大体的形状来看,桶形辊和锥形辊度一般是由两个锥形段组成的,即入口锥和出口锥。如果细分的话,入口锥又可以分为一段式和两段式,两段式是为了改善咬入条件和减少从车次数。根据毛管扩径量的需求,出口锥也可以分为一段式和两段式,两段式用于大扩径量的机组。

另外,有的轧辊在入口锥和出口锥之间采用过渡带即轧制带,有的则没有。轧制带的作用是防止两锥相接处形成尖锐棱角,这种棱角在穿孔时会使毛管外表面产生划伤。

 

 

 

29.  轧辊的特征尺寸指哪些?

轧辊的特征尺寸指轧辊最大直径和辊身长,轧辊最大直径和辊身长度是根据轧辊长度、轧制速度、咬入条件、轧制产品规格、电能消耗、轧辊重车次数等因素确定。

轧辊直径增加,则咬入条件改善、轧制速度提高、轧辊重车次数增加、轧辊的利用率高,但同时也增加了轧制压力和电能消耗。另外,随着轧制毛管规格的加大,轧辊直径也相应增加。

 

30. 如何确定桶形轧辊的入口锥角和出口锥角?

轧辊入口锥的角度大小决定管坯能否顺利咬入和积累足够的力以克服顶头阻力使管坯穿成毛管。相关的文献指出,入口锥角在240之间,一般情况下将轧辊的入口锥设计成两段,第一段的角度在130之间,为的是保证管坯的咬入,第二段的角度在360之间,为的是防止形成孔腔。

轧辊的出口锥角在340之间,这取决于管坯的扩径量,扩径量越大,角度越大。

31.  如何确定轧辊的入口锥和出口锥长?

确定轧辊入口锥和出口锥的长度首先为了校核轧辊的长度是否满足毛管咬入和扩径的要求,其次为在生产中合理使用轧辊。

轧辊入口锥长的计算公式为:

轧辊出口锥长的计算公式为:

注:DB-管坯直径;    

E-轧辊距离;

DR-毛管直径;

αe轧辊入口锥段的空间角,可以近似等于轧辊入口锥角;

αa轧辊出口锥段的空间角,可以近似等于轧辊出口锥角。

 

 

 

 

 

 

 

32. 导盘的设计要素有哪些?

 

导盘设计要素主要有:接触弧半径和厚度。

导盘的轮廓一般是由两个半径:入口半径R2出口半径R1组成,根据经验我们可以确定其值的大小:

入口半径        R2=(0.660.70*DB

出口半径        R1=(0.80.87*DB

 

导盘厚度由最小轧辊距离和导盘与轧辊的最小间隙决定。大小为:

B=(0.81.0* DB

注:DB管坯直径

33. 导板的设计要素有些?

导板的设计原则是:一种管坯需要设计一种导板,如果是用一种管坯生产不同尺寸的毛管,可以只设计一种导板。

导板的纵剖面形状应与轧辊辊形相对应,也有入口锥、压缩带和出口锥组成。导板入口锥主要起到引导管坯的作用,使管坯中心线对准穿孔中心线。当管坯与上、下导板接触时,它起着限制管坯椭圆度的作用。限制椭圆度是为了避免过早形成孔腔,同时促进金属的纵向延伸。导板的出口锥起限制毛管横变形,并控制毛管轧后外径的作用。

压缩带是过渡带,它不在导板的中间,而是向入口方向移动,移动值一般在2030mm,也有到50mm的。移动的目的是:可以减小管坯在顶头上开始辗轧时的椭圆度和减小导板的轴向阻力,提高穿孔速度。

导板的入口锥角一般等于轧辊入口锥角或比轧辊入口锥角大1020,出口锥角一般等于轧辊的出口锥角或比轧辊的出口锥角小0.5010

导板的横断面形状是个圆弧形凹槽,这是为了便于管坯和毛管旋转。凹槽的圆弧可做成单半径或双半径的。

导板的长度由变形区长度决定,压缩带宽度一般为1020mm.

导板的厚度根据轧辊距离来确定,以薄壁毛管为设计对象。适应薄壁管的导板一定适应厚壁管的生产。

 

34. 顶头的种类有些?

顶头按冷却方式来分,有内水冷、内外水冷、不水冷顶头(穿孔过程和待轧时间内都不冷却,主要指生产合金钢用的钼基顶头):

按顶头和顶杆的连接方式来分,有自由连接和用连接头连接顶头。

按水冷内孔来分,有阶梯形、锥形和弧形内孔顶头。内孔与外表面之间的壁厚有等壁和不等壁两种。

按顶头材质分,有碳钢、合金钢和钼基顶头。

从扩径段分:2段式、3段式、4段式。扩径率小于20%用2段式顶头,大于20%用34段式顶头。

 

35. 顶头的使用寿命与哪些因素有关?

    为延长顶头的使用寿命,应通过加强冷却水的压力来提高顶头在孔型中顶头的冷却,尤其是顶头的前部。使用内水冷主要是为了降低顶头内部温度,应尽可能降到最低水平,冷却水压应保证在1015 bar

      影响顶头寿命的因素:

1)   管坯材质,合金含量越高,变形抗力越大,顶头寿命越低;

2)   顶头化分和热处理工艺,热处理工艺决定顶头寿命。

3)   顶头直径,一般情况下直径越大寿命越高。

4)   穿孔时间和管坯长度,穿孔时间越长,顶头温度越高,顶头越容易变形和损坏。

在穿轧碳钢和低合金钢时顶头的寿命为 ~400支,用普通顶头穿孔合金钢管坯的寿命在10支以内。

 

36. 顶头更换的标准是什么?

在穿孔过程中,顶头承受着交变热应力、摩擦力及机械力,力的大小影响顶头的寿命。顶头过分磨损会划伤毛管内表面,粘钢后产生内折。

顶头一般是轧制的、锻造的或者是铸钢的。搬运顶头时应保护表面的氧化层,避免脱落,否则影响使用寿命。

更换标准是:

1)   顶头头部磨损,磨损带长度超过5mm,破损面积超过30cm2.

2)   穿孔段出现裂纹;裂纹长度超过60mm,宽度在1.0mm左右。

3)   粘钢,有粘钢就该更换。

剔废的顶头原则上不能重复使用,若重车,需要再次热处理。

  

37. 顶头设计步骤是什么?

通常2段顶头的工作段由穿孔段LR(曲线部分)和平滑段LGT2组成。两部分连接处相切。见下图。

 

 

设计顶头的前提是,下列参数已知:

—管坯直径:  DB

—毛管直径:  DH

—毛管壁厚:  SH

轧辊喂入角:γ

计算如下:

1)   确定穿孔段 :计算公式为:

   穿孔段长度LR

 

   穿孔段圆弧半径:

 

2)   确定平滑段LGT2

平滑段的作用是均匀壁厚,它的长度至少保证1.5个毛管螺距并加上安全系数。计算公式为:

 

 

平滑端直径即顶头直径的确定公式是:

式中:SF—系数,1.21.5

      CH—毛管内径与顶头的间隙量。

 

38.  毛管内表面防氧化用什么?

毛管内表面抗氧化剂用于去除和避免毛管内表面的氧化、并用氮气喷刷毛管内部。抗氧化剂的组成(重量百分比)为:

----硼酸钠(Na2B4O7        3035

----钠和钾脂肪酸             1015

----硫酸钠

对抗氧化剂颗粒和尺寸的技术要是:抗氧化剂是成分相互混合均匀的粉状物,90%的粉状物必须能通过一个16目的筛子。应保存在一个通风的房间内,包装袋要密封。抗氧化剂最少在两个月内不结块或粘结。

 

 

基本理论部分

 

39. 穿孔过程的三个阶段指的是什么?

斜轧穿孔整个过程可以分成三个阶段:

第一个不稳定过程—为管坯前端金属逐步充满变形区,即从管坯同轧辊开始接触(一次咬入)到前端金属出变形区,这个阶段中存在着一次咬入和二次咬入。

稳定过程—这是穿孔过程的主要阶段,从管坯前端金属充满变形区到管坯尾端金属开始离开变形区为止。

第二个不稳定过程—为管坯尾端金属逐渐离开变形区到金属全部离开轧辊为止。

稳定过程和不稳定过程有着明显的差别,在生产中可以很容易看到毛管头尾尺寸和中间部分尺寸有差别,一般是毛管前端直径大、尾端椭圆度大,而中间部分尺寸是一致的。造成头部直径大的原因是:前端金属在逐渐充满变形区,金属同轧辊接触面上的曳入摩擦力是逐渐增加的,到完全充满变形区才达到最大值,特别是管坯前端与顶头相遇时,由于受到顶头的轴向阻力,金属向轴向延伸受到阻力,使得轴向延伸变形减少,横向变形增加,加上没有外端限制,从而导致前端直径大。

虽然三个过程有所区别,但他们是在同一变形区中完成的,规律是相同的。

 

40. 穿孔变形过程的四个区段是什么?

穿孔变形区大致可分为四个区段,如下图所示 。

   穿孔变形区中四个区段

区称之为穿孔准备区,(轧制实心圆管坯区)。区的主要作用是为穿孔作准备和顺利实现二次咬入。这个区段的变形特点是:由于轧辊入口锥表面有锥度,沿穿孔方向前进的管坯逐渐在直径上受到压缩,被压缩的部分金属一部分向横向流动,其坯料波面有圆形变成椭圆形,一部分金属轴向延伸,主要使表层金属发生形变,因此在坯料前端形成一个“喇叭口”状的凹陷。此凹陷和定心孔保证了顶头鼻部对准坯料的中心,从而可减小毛管前端的壁厚不均。

该段的变形参数一般用 d/D表示。

区称为穿孔区,该区的作用是穿孔,即由实心坯变成空心的毛管,该区的长度为从金属与顶头相遇开始到顶头圆锥带为止。这个区段变形特点主要是壁厚压下,由于轧辊表面与顶头表面之间距离是逐渐减小的,因此毛管壁厚是一边旋转,一边压下,因此是连轧过程,这个区段的变形参数以Ⅰ壁厚相对压下量来表示,壁厚上被压下的金属,同样可向横向流动(扩径)和纵向流动(延伸)但横向变形受到导盘的阻止作用,纵向延伸变形是主要的。导盘的作用不仅可以限制横向变形而且还可以拉动金属向轴向延伸,由于横向变形的结果,横截面呈椭圆形。

区称为碾轧区,该区的作用是碾轧均整、改善管壁尺寸精度和内外表面质量,由于顶头母线与轧辊母线近似平行,所以压下量是很小的,主要起均整作用。轧件横截面在此区段也是椭圆形,并逐渐减小。

区称为归圆区。该区的作用是把椭圆形的毛管,靠旋转的轧辊逐渐减小直径上的压下量到零,而把毛管转圆,该区长度很短,在这个区变形实际上是无顶头空心毛管塑性弯曲变形,变形力也很小。

变形过程中四个区段是相互联系的,而且是同时进行的,金属横截面变形过程是由圆变椭圆再归圆的过程。

 

41. 穿孔机的变形参数有哪些?

现代的穿孔机在整个机组中承担的变形量愈来愈大。表示穿孔变形的参数有:直径扩径率、延伸系数、轧制带处的压下量、顶头前压下量。

1)    直径扩径率

一般在340%的范围内,锥形辊穿孔机的扩径率明显高于桶形辊穿孔机。扩径率大,容易产生内外表面缺陷或恶化壁厚不均,因此最好采用等径或小扩径穿孔。

2)    延伸系数

延伸系数大意味着毛管壁厚薄。管坯直径愈大,在同一壁厚下,延伸系数愈大。随着锥形辊穿孔机的的广泛使用,以180机组为例,穿孔毛管的最小壁厚可以达到8mm

3)   轧制带处的压下量

它表示管坯直径在轧制带处的变化量,取值范围在912%,穿孔薄壁管取大值,厚壁管取小值。

4)   顶头前压下量

它表示管坯直径从一次咬入点到二次咬入点的变化量,它的大小决定管坯的二次咬入效果,过大又容易形成钢管内折缺陷。

 

42. 穿孔调整参数有哪些?

穿孔机主要的调整参数有轧辊距离、顶头前伸量、导板(导盘)距离、喂入角的大小和轧辊转速(导盘速度)。

 

43. 调整的基本原则和方法是什么?

调整的基本原则是毛管几何尺寸满足轧管机组的要求,壁厚均匀且内外表面良好。

调整的方法可以参考下表(表中没有涉及到喂入角的调整):

 

原因

辊距

导距

顶前量

壁厚稍微厚

减小

壁厚稍微薄

增加

壁厚太厚

减小

增加

壁厚太薄

增加

减小

外径太大

增加

-(减小)

增加

外径太小

减小

-(增加)

减小

外径稍微大

减小

外径稍微小

增加

外径、壁厚都太大

-(增加或减小)

多增加

外径、壁厚都太小

-(增加或减小)

多减小

外径太大、壁厚太小

多增加

(增加)

外径太小、壁厚太大

多减小

(减小)

 

44. 如何确定轧辊距离?

轧辊距离指的是两个轧辊的轧制带之间的距离,它是重要的调整参数之一。确定轧辊距离(E)的前提条件是应明确:

——管坯材质

——管坯直径

——毛管壁厚

下列数据为标准数据:

碳钢:      E=(0.840.90*DB     通常为(0.860.89*DB

低合金钢:  E=(0.850.90*DB     通常为(0.870.90*DB

高合金钢:  E=(0.880.91*DB     通常为(0.880.90*DB

一般情况下,厚壁管上限值为0.93*DB,薄壁管取下限。

DB:管坯直径。

45. 如何确定导盘距离?

导盘距离与轧辊距离的比值决定着轧件在变形区中的椭圆度,而椭圆度又影响毛管质量、咬入条件、轴向滑移、穿孔速度、扩径量、轧卡及毛管尺寸控制等。特别是对毛管质量(穿孔合金钢管)影响更为明显,椭圆度越大,毛管内表面出现裂纹的可能性越大,过早形成空腔的可能性越大。

生产中,导盘距离总是大于轧辊距离,二者比值即椭圆度系数,一般在1.071.15之间,穿孔厚壁管和合金管时取小值。

确定导盘距离可按椭圆度系数推导:

 

A=(1.071.15*E

 

注:A—导盘距离;E—轧辊距离

 

 

46. 如何确定顶头前伸量?

顶头前伸量的测量方法是,将顶头/顶杆深入到轧辊之间,测量顶头头部到轧辊轧制带之间的距离。

确定顶头前伸量的步骤如下:

Ld1=Le-X

X=π*DB*tan(β)*FE

注:Ld1—顶头前伸量

Le—轧辊入口锥长

β—喂入角

FE—系数,取值范围在11.5之间

顶头前伸量和轧辊距离有着密切的联系,顶头前伸量增加,顶头前压下量减小,相反顶头前伸量减小,顶头前压下量增加。

顶头前伸量调整在生产中有着重要意义。因为顶头前伸量的大小和毛管质量、咬入条件、轴向滑移、穿孔速度、轧卡以及毛管尺寸控制等都有关。

 

 

47. 什么是扩展值?如何确定顶头与毛管的间隙量?

毛管内径与顶头之差叫做扩展值,计算扩展值是选择顶头直径的重要依据,不同壁厚毛管的扩展值是不同的,不同形式的穿孔机扩展值变化的规律也不一样。影响扩展值的因素还有:变形区椭圆度、穿孔温度、钢种等。

扩展值用CH表示,大小为:

 

CHDH-2*SH-Dd

 

使用锥形辊穿孔机的扩展值CH值与桶形辊穿孔机的扩展值CH关系是

CHctp=1.5*CH

 

CH的经验值计算方法是:

 

CH=(0.09+0.076*DB-0.007+0.0013*DB*SH

 

注:DB—毛管外径

SH—毛管壁厚

Dd—顶头直径

 

 

48. 如何计算穿孔的轧制时间?

穿孔轧制时间的多少往往表示一个机组的能力大小,斜轧穿孔机的工作时间由下面公式计算:

式中 Dw轧辊的工作直径;

L1-变形区长;

L0-毛管长;

n轧辊转速;           

η0-轴向滑移系数;       

 β-喂入角(轧辊倾角)

49. 如何选择轧辊的喂入角?

喂入角及轧辊轴线与轧制线在水平面内的夹角。选择的范围在8150之间,常用的角度为10120喂入角的选择影响以下几方面:

1)   喂入角越大,毛管的出口速度越大,轧制时间相应减少,可以提高机组的节奏,还可以降低工具消耗;

2)   喂入角越小,管坯咬入条件越好,原因是管坯与轧辊的接触面积增大,摩擦力增大的缘故。

3)   喂入角的大小决定轧制力的大小,角度越大,轧机负载越大。若在一个轧辊上使用不同直径的管坯(不同孔型),角度随管坯直径增加而减小。

 

50. 采用顶头预旋转的作用是什么?

有一些穿孔机组采用顶头预旋转装置,在管坯咬入前,顶杆/顶头以预定速度旋转。旋转速度约等于管坯转速的70%左右。选择预旋转的原因有:

采用主动驱动的顶头穿孔时,顶头圆周速度可以在整个顶头作用的变形区内都大于金属流动速度,这种运动学关系将导致前进效率有所提高,主要是对产品质量有好的影响。

采用主动驱动的顶头,等于增加了一个使管坯旋转的附加力矩,从而有力于旋转条件的建立,从生产实践中可以证明,主动旋转的顶头提高了穿孔速度,这是由于增加了管坯旋转力矩,而使轴向滑移减少。

 

51. 什么是孔腔?影响空腔形成的因素有哪些?

斜轧实心管坯时,在顶头接触管坯前常易出现金属中心破裂现象,当大量裂口发展成相互连接,扩大成片以后,金属连续性破坏,形成中心空洞即孔腔。在顶头前过早形成孔腔,会造成大量的内折缺陷,恶化钢管内表面质量,甚至形成废品,因此在穿孔工艺中力求避免过早形成孔腔。

影响孔腔形成的主要因素有:

1)   变形的不均匀性(顶头前压缩量)

不均匀变形程度主要决定于坯料每半转的压缩量(称为单位压缩量),生产中指顶头前压缩量。顶头前压缩量愈大则变形不均匀程度也愈大,导致管坯中心区的切应力和拉应力增加,从而容易促进孔腔的形成。一般用临界压缩量来表示最大压缩量值的限制,压缩量小于临界压缩量则不容易或不形成孔腔。

2)   椭圆度的影响

穿孔过程中在管坯横断面上存在着很大的不均匀变形,椭圆度愈大,则不均匀变形也愈大。按照体积不变定律可知,横向变形愈大则纵向变形愈小,将导致管坯中心的横向拉应力、切应力以及反复应力增加,加剧了孔腔的形成趋势

3)   单位压缩次数的影响

在生产中主要指管坯从一次咬入到二次咬入过程中管坯的旋转次数,次数的增多就容易形成孔腔。

4)   钢的自然塑性

钢的自然塑性由钢的化学成分、金属冶炼质量以及金属组织状态所决定,而组织状态又由管坯加热温度和时间所影响。一般来说塑性低的金属,穿孔性能差,容易产生孔腔。

 

52. 什么是穿孔性能?用什么方法测定一种材料的穿孔性能?

穿孔性能—表示穿孔时管坯中心产生破坏的倾向,穿孔性能好的钢种表示在穿孔过程中不易发生中心破裂。穿孔性能和钢的塑性有关,一般情况下,塑性愈好则穿孔性能也愈好。

确定穿孔性能的方法有热扭转法和实际穿孔法。

热扭转法是确定不同温度下,金属样品扭转断裂前的扭转数(表示金属塑性—穿孔性)及最大扭力或扭矩(表示金属的变形抗力)。

实际穿孔法更反映斜轧穿孔的实际情况,从而这种方法有足够的可靠性,用这种方法不但可以确定合理的穿孔温度,而且可以确定临界压下率。一般在小型试验机上进行。

 

53. 毛管为什么能够一边旋转一边前进?

穿孔机轧辊是同一方向旋转,并且轧辊轴对轧线相倾斜,交叉一个角度β,称喂入角。当管坯被推入轧辊中,靠金属和轧辊之间摩擦力作用,轧辊带动管坯—毛管反向旋转,由于轧辊轴线对轧制线的倾斜,管坯—毛管在旋转的同时向轴向移动。因此管坯—毛管表面上的每一点都是螺旋运动,即一面旋转,一面前进。

 

54.   管坯的咬入条件是什么?

斜轧穿孔过程存在着两次咬入,第一次咬入是管坯和轧辊开始接触瞬间,由轧辊带动管坯运动而把管坯曳入变形区中,称为一次咬入。当金属进入变形区到和顶头相遇,克服顶头的轴向阻力继续进入变形区为二次咬入。

一般满足了一次咬入的条件并不见得就能满足二次咬入条件。在生产中我们常常看到,二次咬入时由于轴向阻力作用,前进运动停止而旋转继续着即打滑。

1)   一次咬入条件

一次咬入既要满足管坯旋转条件又要满足轴向前进条件。

管坯旋转条件下式确定:

       MtMp+Mq+Mi

式中Mt-使管坯旋转的总力矩;

Mp—由于压力产生的阻止坯料旋转力矩

    Mq—由于推料机推力而在管坯后端产生的摩擦力矩

Mi—管坯旋转的惯性矩

      如果忽略Mq Mi(值很小)则一般的表达式为:

               n(Mt + Mp)0   (n—轧辊数)                  (6)

前进咬入条件是指管坯轴向力平衡条件,也就是,曳入管坯的轴向力应大于或等于轴向阻力,其表达式为:

 

          n(Tx-Px)+P′ ≥0                             (7)

式中: Tx—每个轧辊作用在管坯上的轴向摩擦力

Px--每个轧辊作用在管坯上正压力轴向分量

P′—后推力 (一般为零)

2)   二次咬入条件

二次咬入中旋转条件比一次咬入增加了一项顶头/顶杆系统的惯性阻力矩,其值很小。因此二次咬入旋转条件,基本和一次咬入相同。二次咬入的关键是前进条件。

二次咬入时轴向力的平衡条件:

n(Tx-Px)-Q′≥0

式中:Q′—顶头鼻部的轴向阻力

 

55. 表示管坯/毛管作螺旋运动的基本参数是什么?

表示螺旋运动的基本参数是:切向运动速度、轴向运动速度和每半转的位移量(即螺距)。

首先来讨论轧辊上任意一点的速度,如果轧辊圆周速度为W,则可以分解为两个分量(切向分量和轴向分量)。

 

VB=WCOSβ=πD Nb/60×COSβ------切向旋转速度         1 

UBWsinβ=πD Nb/60×sinβ-----轴向速度             2     

 

式中D----所讨论截面的轧辊直径,mm;

    Nb----轧辊转速, rpm;

    β----咬入角。

在轧制过程中由于坯料靠轧辊带动,轧辊将相应的速度传递给管坯,则管坯速度为:

 

   VP=πD Nb/60×COSβ= VB  VP= VB                3                 

 

但实际上轧辊速度和金属速度并非完全相等。一般金属运动速度小于轧辊速度,即两者之间产生滑移,可用滑移系数来表示两者速度,这样

 

VP=πD Nb/60×COSβ×ητ                           (4)

UP=πD Nb/60×sinβ×η0                           (5)

 

式中ητ ---切向滑移系数,

η0  ---轴向滑移系数,两者小于1

 

在生产中最有实际意义的是毛管离开轧辊时的一点速度,众所周知,出口速度愈大,即生产率也愈高。为了简化计算,一般假设轧辊出口速度等于UP,实际误差包含在滑移系数中。

毛管离开轧辊一点的轴向滑移系数可用公式(2)求出轴向速度,除以毛管长度得出理论的穿孔时间,再和实测时间相比,即η0=T/T.这样确定η0,则可计算出毛管离开轧辊的轴向速度。

螺距在变形中是个可变值,并且随着管坯进入变形区程度增加而增加,这是由于管坯-毛管断面积不断减小而轴向流动速度不断增加所致。

毛管离开轧辊一点的螺距值计算公式为:

      T=π/2×η0/ητ×DB×tgβ

  

56. 导盘速度与轧辊轴向速度的配比关系是多少?

带导盘的穿孔机有时会发生导盘上粘钢的质量事故,它会导致钢管上产生外折缺陷。分析产生的原因是导盘轴向速度与轧辊轴向速度匹配不合理所致,根据经验证明:当导盘轴向速度与轧辊轴向速度的比值大于2.0时,就可以避免粘钢的产生。即Vd/Va>2.0

VdD*π*n/60

式中Dn分别表示轧辊、导盘的直径和转速,γ-喂入角

 

57. 穿孔机的调整方法简介

穿孔机有两种调整方法,一种是孔型固定型,主要在桶形辊穿孔机上使用;一种是孔型变化型,主要在锥形穿孔机上使用。

 所谓孔型固定,是指对于同一种管坯所生产的不同壁厚毛管,轧辊距离、导盘距离、喂入角和顶头前伸量都不变,通过改变顶头的直径就可以生产不同壁厚的毛管。他的优点是调整简单,生产时除实际校核轧制参数外再需测量管坯咬入点和毛管抛钢点处的轧辊间距,此处轧辊间距值就等于管坯和毛管的热态直径。因设定参数不变,所以不同壁厚毛管的直径压下率和顶头前压下率也都相同,轧辊的磨损点相同,咬入点处磨损就集中,当轧辊使用后期要想提高咬入效果只能靠改变喂入角。另一种调整方法叫做孔型变化型,即同一孔型中,生产不同壁厚的毛管,不仅顶头直径变化而且其他设定参数同样变化。变化规律是,薄壁毛管采用大前伸量、大的直径压下率;厚壁毛管则采用小的前伸量、小的直径压下率,两者之间导盘距离变化范围在1毫米左右。这样设定是考虑到随着壁厚的增加,管坯咬入会越来越容易,需要小一些的直径压下率,又因壁厚增加毛管的内扩量逐渐减小,故而在保证咬入的情况下,将顶头前伸量变小,这样就保证了毛管外径。这样调整的根据是:管坯的变形量不同(壁厚不同),管坯的直径压下率就应不同。另外因管坯咬入点随壁厚的增大逐步向轧制带靠近,轧辊的磨损也比较均匀,在一个使用周期内发生不咬入的现象也较少。比较而言后者更具合理性。用锥形辊穿孔机生产的毛管壁厚最小可以达到8毫米,壁厚精度绝对值在1毫米以内。

 

58. 如何计算斜轧穿孔的变形抗力?

变形抗力的计算可以通过下列公式得到:

 

式中:A1-毛管横截面积

Va-出口速度

P-功率

D0-毛管外径

S1—毛管壁厚

 

59. 什么是滑移系数?

穿孔过程中毛管的运动速度与轧辊的速度分量不相等。轴向两个速度之比称为轴向滑移系数η0。切向两个速度之比称为切向滑移系数ηT

轴向滑移系数η0也可以理论穿孔时间除以实测穿孔时间,即首先达到理论时间。理论时间可用公式(UP=πD Nb/60×sinβ×η0 求出轴向速度,除以毛管长度得到 ,再和实测时间之比。就可以得到轴向滑移系数η0

下面是一些钢种轴向滑移系数的参考值::

碳钢:     0.8-1.0 

非合金钢: 0.7-0.8

高合金钢:   0.5-0.7

                      

60. 什么工艺因素对滑移系数有影响?

各种工艺因素对滑移的影响如下:

1)   轧制速度和延伸系数的影响

对于轧制速度的影响要做具体分析,提高穿孔速度,一个办法是提高轧辊转速,一个办法是增大喂入角。增大轧辊转速将导致滑移增加,也就是轴向速度效率降低,相反,电机容量却显著增加,因此最好的办法是增加喂入角,这是提高穿孔速度有效的措施之一。

2)   管坯直径影响

随着管坯直径愈大,则轴向滑移增加。这是由于DD比值减小,即接触面积减小导致轧辊曳入力减小造成的。

3)   穿孔温度影响

穿孔时稍许降低管坯温度可以提高摩擦系数,使得轴向滑移减小,但实际上提高穿孔温度反而会减小滑移,这是因为顶头阻力增大的缘故。

4)   工具设计的影响

一般采取小的轧辊锥面角,可以减小滑移,这是由于变形区加长,增加了轧辊曳入力和咬入条件变好的原因造成的。

5)   轧机调整的影响

顶头位置过前,则滑移增加,反之,则相反。

适当增加压下量可以减小滑移,因为曳入力增加。 采用主动导盘,可以减小滑移。

    此外,钢种、毛管尺寸对轴向滑移系数也都有影响。

 

61. 什么是延伸系数,如何计算?

延伸系数是指毛管长度与管坯长度之比,或管坯断面积与毛管断面积之比,:

 

μ= L/ L=F/F

 

计算延伸系数的公式为:

 

μ=K*D2/4*D-S* S

K—烧损系数,一般取0.970.99,环形炉的烧损系数一般为0.980.99

DDS —管坯直径、毛管直径和壁厚

延伸系数大,表明穿出的毛管壁厚薄,一般小型穿孔机穿出毛管壁厚为35mm140以上机组毛管最小壁厚可以达到8mm

 

 

62. 什么是扩径率?

扩径率表示管坯直径与毛管直径的关系,用下式表示:

 

扩径率=DD/D*100

一般,扩径率在大于3%的穿孔叫扩径穿孔,桶形辊穿孔机的最大扩径率可以达到22%,锥形辊穿孔机可以达到40%;扩径率为零的穿孔叫等径穿孔;而扩径率为负值的穿孔叫减径穿孔,一般很少采用,天津钢管公司曾经因管坯紧缺,采用Φ230mm管坯替代Φ210mm管坯来生产Φ220mm毛管,生产证明,轧制力矩比扩径穿孔要大,工具消耗也增加。扩径率大则穿孔过程中的横向变形增大,椭圆度越大则扩径率越大。要获得好的几何尺寸,采用微扩径(扩径率≤10%)穿孔为好。

 

 

63. 如何确定穿孔机的温升?

在穿孔过程中,一般毛管通过变形区后,温度会高于穿孔前的管坯温度,即在穿孔过程中存在着温升。温升产生的原因是热效应作用的结果,即一部分机械能转化为热能。

因此,在确定管坯穿孔温度时,要考虑到温升值,生产中碳钢的温升约在200C左右,可以不计;低合金钢的温升在30400C左右;高合金钢的穿孔温升在50700C左右,尤其是生产高合金钢时,在制定加热炉出炉温度的制度时,一定要考虑穿孔温升对变形金属内部组织的影响,如生产0Cr18Ni9时,毛管的温度超过129013000C时就会产生γ相,塑性降低。使穿孔过程困难或影响成品性能。温升值的大小取决于变形量和变形速度。管坯在加热炉中的出炉温度和穿孔前温度有如下关系:

TTg-ΔTg+ΔT0

注:T—管坯出炉温度

Tg穿孔前温度

ΔTg穿孔温升

ΔT0—从环形炉到穿孔机运输中的温降

 

64. 如何确定穿孔温度?

正确选择穿孔温度不仅可以有效降低变形抗力而且还可以保证毛管的内外表面质量及性能,下表的数值可以作为参考:

 

碳钢:

0,1 % C

1230 – 1260

0,2 % C

1230 – 1260

0,5 % C

1200 – 1230

0,7 % C

1170 – 1190

 

低合金钢:

100 Cr 6

1080 – 1120

15 Mo 3

1230 – 1260

13 CrMo 44

1200 – 1230

10 CrMo 9.10

1190 – 1210

 

铁素体钢;

X 10 CrAl 7

1040 – 1080

X 10 CrAl 13

1040 – 1080

X 10 CrAl 18

1040 – 1080

X 10 CrAl 24

1040 – 1080

 

奥氏体钢;

X 2 CrNi 18.10

1140 - 1200

X 2 CrNiMo 17.13

1140 – 1200

X 10 CrNiMoNb 18.12

1140 – 1200

X 8 CrNiTi 18.10

1140 – 1200

X 5 CrNiMo 18.10

1140 – 1200

X 5 CrNiMo 18.12

1140 - 1200

 

 

65. 调整穿孔机应遵循的原则是什么?

调整的目标是:

管坯咬入平稳、毛管抛出顺利、穿孔过程稳定、顶杆无明显抖动、毛管内外表面质量良好、毛管尺寸合格、电机负荷正常。

为达到上述目的,穿孔机调整应遵循的原则是:

1)   轧制线必须与穿孔机中心线重合或比穿孔机中心线略低05mm。即穿孔前台、轧机和后台的中心线一定要一致。

2)   两个轧辊和两个导盘一定要对称布置在轧制线两侧。

3)   两个轧辊的喂入角一样大。

4)   顶杆不能有明显的抖动。

5)   应实现无孔腔状态下的穿孔过程,即根据钢种选择合适的顶头前压下率。下面的顶头前压下率值供参考

碳钢        49

低合金钢    48

     高合金钢    46

6)  穿孔工具如轧辊、导盘、顶头等不应该严重磨损。

7)  勤检查毛管的内外表面质量和几何尺寸的变化情况。

 

66. 如何调整穿孔机的轧制线?

调整轧制线的标准是:穿孔机的轧制线与穿孔机机架中心线重合或比穿孔机机架中心线略低05mm。调整轧制线主要指穿孔前台、机架和穿孔后台三部分的中心线重合。

调整应以机架的中心线为基准。机架的中心线是在穿孔机制造与安装中已被确定了的。

穿孔机前台一般包括管坯的受料槽和导管,导管安装在机架上,调整时可以将导管的中心线略高与机架中心线5mm,为的是减轻管坯对下辊的磨损。受料槽应根磨损情况进行高度调整。

后台调整的主要设备是三辊定心和顶杆小车。首先应保证每个三辊定心设备的加工精度,然后顶杆放入其中,测量每个三辊定心辊与顶杆的间隙量是否相等,顶头同一直径处距离上下轧辊的距离是否相等。若相等则表明轧制线一致。最新的设计中将后台所有的定心辊都放在同一个钢结构件上,这样调整后台的轧制线就很方便且稳定。

 

67. 怎样选用轧辊喂入角?

轧辊喂入角大,则穿孔速度快、产量高,对于塑性较好的管坯应尽量采用较大的喂入角,一般为8120,现代穿孔机喂入角的调整范围大多在8150 。喂入角的变化不会导致咬入力降低、轧机负荷的加大、变形力的加大、也不会加大形成孔腔的趋势。根据试验证明:喂入角在10120时前进效率最佳。

 

68. 为什么选用大倾角穿孔

选择大喂入角的理由是:

1)   喂入角大,穿孔速度快,机组能力增加;

2)   轴向滑移减小,降低形成孔腔的可能,减少内折形成的可能;

3)   喂入角增加,扭转变形减小,纵向变形稍减小,或保持基本不变。

 

69.  斜轧穿孔过程中包括些变形?

斜轧穿孔过程中存在着两种变形,即基本变形(或宏观变形)和附加变形(称不均匀变形)

基本变形是指外观形状的变化,这种变形是可以直观的,如由实心圆管坯变成空心的毛管,基本变形完全是几何尺寸的变化,与材料的性质无关,而且基本变形取决于变形区的几何形状(由工具设计和轧机调整所决定)。

附加变形指的是材料内部的变形,是直观不到的变形,附加变形是由于材料中内应力所引起的,是增大材料的变形应力,引起材料中产生的缺陷,所以在实际生产中如何来减小附加变形是很重要的。

1) 基本变形

基本变形即延伸变形,切向变形和径向变形(壁厚压缩)。这三种变形都是宏观变形,表示外观形状和尺寸变化。基本变形可用下式表示:

径向应变增量:           de1=ds/s

纵向(延伸)应变增量:  de2=dF/F=dL/L

切向(圆周)应变增量:  de3=dp/p

式中:s——壁厚

      F——断面积

      L——长度

P——平均圆周长

2) 附加变形

附加变形包括有扭转变形,纵向剪切变形等,附加变形是由于金属各部分的变形不均匀产生的,附加变形会带来一系列的后果,如造成变形能量增加,以及由于附加变形所引起的附加应力,容易导致毛管内外表面上和内部产生缺陷等。

   纵向剪切变形主要是由于顶头的轴向阻力所造成的,一方面轧辊带动管材轴向流动,而顶头要阻止金属轴向流动,最终导致各金属轴向流动有差异,可是各层金属又是互相联系的,是一个整体,所以在各层金属间必然产生附加变形和附加应力,特别是和轧辊、顶头直接接触的表面层金属 ,由图中可看出,附加变形更大些,因此毛管内外表面很容易出现缺陷或者使管坯表面原有的缺陷发展扩大。

     切向剪变形往往是造成毛管内外表面产生缺陷原因之一(如裂纹、折迭、离层等缺陷)。

 

70. 生产合金钢管与普通钢管在穿孔机工艺参数的选择和调整上有什么不同?

合金钢,特别是锆合金钢具有导热性差、变形抗力大、塑性低的特点,在钢管生产中合金钢管应与一般钢管有所区别,表现在:

1)  采用较小的顶头前压下率,避免管坯因塑性低而形成孔腔。其顶头前压缩率常在46%。

2)  采用较小的椭圆度,避免因管坯因塑性低而形成孔腔,常用1.071.09较好。

3)  采用较小的压下率,以免变形力太大。

4)  采用较低的轧辊转速和喂入角,以减小变形抗力和轴向阻力,增强穿孔过程的稳定性。

5)  合金钢管坯穿孔变形中热效应大,即穿孔温升高,为保证钢管的性能,应采用较低的穿孔温度。

6)  一般合金钢管穿孔温度偏低,穿孔过程中的冷却水应关闭或适当减小。

 

71. 穿孔机常见的生产故障有哪些?

穿孔机常见的生产故障有以下几方方面:

1)        管坯不咬入

产生的原因有:顶前量过大、管坯直径过小(烧损过大)、管坯温度过高或过低,咬入力不足以克服顶头阻力所致。因轧辊磨损严重导致的不咬入现象多发生轧辊使用后期,此时应注意轧辊的冷却和随时调整辊距值顶前量。

2)   中卡

产生的原因有:顶头严重磨损或熔化、电气系统或液压系统跳停或毛管穿偏或穿破,没有顶头轧制也可发生中卡。

3)   链带

毛管被导盘尖锐的边缘割成螺旋的小条带,产生的原因是导盘与轧辊的间隙过大(薄壁管居多)且导盘边缘严重磨损变得尖锐,导致金属流入。

4)   毛管穿不透

产生的原因是轧辊出口端磨损严重,推动管坯/毛管前进的摩擦力在穿孔结束的瞬间不足以推动管坯穿过顶头造成穿不透。

5)  毛管尾部穿裂

产生的原因是穿孔薄壁管时,在抛钢阶段由于毛管的抖动使金属窜进轧辊与导盘的间隙中,将毛管尾部撕裂。此种工艺事故多产生在带导盘的穿孔机组。

 

 

穿孔质量

 

72. 斜轧穿孔常见的质量缺陷有哪些?

1)   毛管壁厚不均

导致毛管壁厚不均的主要原因有七条(管坯加热不均、定心孔偏、左又导盘不对称、顶杆弯曲、轧线不正、定心绲小打开不大及调整方法不当等)其中,主要有三条:a. 管坯加热不均、b. 三辊定心小打开开口度过大、c. 轧线不正。

a)   管坯加热不均

   管坯加热不均造成的毛管壁厚不均比较容易发现,较直观。可直接看毛管是否较直,毛管通体是否有螺旋状的阴暗面,预防的有效办法是根据材质的不同分别执行不同的加热制度。

b)   三辊定心小打开开口度的大小

     此值表示毛管在通过定心辊时,定心辊与顶杆中心的距离, 按照孔型和规格的不同,此值也不同。需不断调整。理论要求是其内圆直径等于毛管外径加1012MM。但生产中只测量顶杆与三辊的距离。由于机械的装配精度和调整原因。此值也处于变化中,特别是第一、二架三辊定心的小打开值须经常测量,防止其变化。

c)   轧线不正

    轧线不正的标准是将直顶杆伸到上下轧辊之间,定心辊抱死,测量顶头与两辊的间距, 发现距离不等时,就说明轧线不正。这时,首先考虑轧辊的位置是否相等。若相等的话,就要考虑三辊定心组成的轧制线是否在一条线上。有时测量三辊定心小打开时,三个辊数值都相等,可轧制线就是不正。这时就要观察调整其中的一架或二架的中心线。 

2)   内表面结疤

为了阻止空气进入毛管内,发生氧化反应。在毛管延伸前,很多机组都设立了除氧化系统,向毛管内吹撒硼砂,高温硼砂能使氧化铁皮脱落,再用氮气将其残余物和氧化铁皮一同吹走,若硼砂的量及氮气压力不匹配容易在内表面产生结疤。防止此种缺陷产生的办法是匹配好二者的比例关系。

3)        内折

    穿孔过程中预先形成孔腔,孔腔内金属被氧化,在塑变过程中不能被焊合而形成内折。主要有因定心造成的位于毛管前端的定心内折,原因是定心冲头开裂,在定心孔内表面形成凹棱,穿孔时造成管头部内折。其它形式还有因孔腔形成破裂氧化后形成的内折;有因加热温度偏高(甚至过热)或 穿孔温升过高而形成的黄褐色大鳞片状内折;有因加热温度低,咬入困难,加大顶前压下量而形成的细鳞片状内折;有因使用破损顶头或粘结金属而形成的内螺旋刮伤状内折等。

73. 内折产生的主要原因是什么?

产生内折缺陷的主要因素有以下几方面:

1)   管坯质量.

理论和实践证明,连铸坯的中部应该疏松且面积较大,若中部疏松区小的话,说明柱状晶发达,这样金属变形时就容易产生内折缺陷。另外管坯若出现连续的缩孔也容易产生内折缺陷。

2)   加热质量

加热质量的不好会影响塑性变形能力的降低和不均。温度偏高所引起的抗破能力的下降;温度过低所引起的变形抗力及作用于芯部的剪应力的提高以及温度不均所形成的抗破断能力的薄弱点都有利于穿孔过程中内折缺陷的形成。

3)   磨损严重的轧制工具

轧制工具主要有轧辊和顶头。穿孔辊磨损后,咬入段变得平滑,因此加重了变形分配的不均,降低了管坯与轧辊间的摩擦力,增大了顶头的轴向阻力及毛管的轴向滑移,增加了顶头前及变形区内反复压缩与辗轧次数,因而更容易在穿孔中形成孔腔及破裂而形成内折。严重磨损或是粘结了金属的顶头,则会划伤毛管的内表面而形成内折。

4)   调整参数调整不当

调整参数不当,如顶头前伸量过小、轧辊转速高,倾角小所造成管坯在顶前压缩次数多,都有利于孔腔和内折的形成。

74. 管坯缺陷与毛管质量的关系

管坯上任何缺陷都会带到钢管上,而这些缺陷往往会造成应力集中,通过塑变缺陷会加深、加长。

影响钢管质量的主要因素是内外表面缺陷,其主要形式有发文、裂纹、折叠和结疤等。

管坯的表面缺陷是指表面和靠近表面的缺陷。如果缺陷深度不超过0.7MM,这种缺陷是没有危险的。

大量生产实践证明,管子内外表面的缺陷常常是由非金属夹杂物的聚集造成的。这是因为当进行热塑性变形时,由于非金属夹杂物不能承受大的塑性变形(特别是穿孔变形),金属的致密性受到破坏。有时则是一些非金属夹杂物分布在晶界上,从而减弱了晶粒间的联系。

皮下气泡主要分布在靠近钢锭外表面的内层,这些气泡在加热时如被氧化,通过开坯和扎制管坯时气泡不能焊合,不氧化的则能被焊合,这决定于气泡的大小、多少以及是否和外部贯通。

非金属夹杂物形成折叠和离层,这些地方大多氧化物和硅酸盐聚集。

有害元素砷、铅、锡、锑、铋很容易产生内外表面缺陷。

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