试论穿孔机大送进角轧制的应用

    摘要：通过加大三辊斜轧穿孔机送进角来提高穿孔效率在生产过程中得到了广泛应用。加大送进角除了可以提高效率外还可以减少纯轧时间，降低单位能耗，提高临界压下率和改善毛管质量，穿孔过程也很稳定。但在试生产中时而出现后轧卡现象，通过对大送进角的详细分析与长时间研究，已经可以解决这一难题。
　　关键词：三辊斜轧穿孔机；大送进角；穿孔率；轧卡
 
　　随着三辊斜轧穿孔机技术的高速发展，由于辅助工序自动化程度的提高而缩短了辅助时间，对钢管的质量要求愈来愈高，这一切都使管材生产工序中产量与质量的矛盾集中到穿孔工序上。在三辊穿孔机组中，因为在各种情况下都希望提高斜轧机的生产能力。建立高生产率的斜轧机已成为当前理论研究与生产实践中的一项迫切任务。增大轧辊转速和适当加大送进角是实现这一任务的有效手段。
　　1　大送进角对轧制过程的影响
　　大送进角改变，变形区形状产生变化，因此对变形区的参数产生很大影响。送进角增大，变形区长度缩短，而金属与轧辊接触面积和接触宽度都增大。由于变形区参数的改变，又将对受力状态和速度状态产生很大影响，这些变化有的对产量与质量的提高有明显效果，而有的则使轧制条件恶化。
　　其有利的影响主要包括以下几方面：
　　①由于加大送进角，轧辊轴向分速加大，摩擦力水平分力增大，金属与轧辊间的滑动减小，这两方面都使轧速加大，通过能力增加，生产率显著提高。②改善金属变形的不均匀性，提高了金属的可穿性。这是由于送进角增大，轴向滑移减小，坯料内的附加应力减小。另外由于变形区的缩短，轴向速度的增大，使管坯在变形区中的每转压下量增大，这虽然会使变形不均匀增加，但金属经过变形区的压下次数减少，从而减少了交变应力的循环次数，拉应力和切应力的反复作用减少，这两方面都使金属变形不均匀性和中心破裂的倾向减少。③提高工具使用寿命。由于送进角的增大，穿孔时间缩短，从而使顶头的热负荷降低，寿命提高。④单位能耗下降。由于送进角增大，使表面滑移减小，轧速的提高则保持了管坯温度，因此能耗下降。⑤采用大送进角。送进角增大，轧件的轴向分速度增加。这样轧件在变形区中减少了反复应力的循环次数，可以避免孔腔的形成。
　　同样也存在着不利的影响：①送进角加大，变形区缩短。②送进角加大，接触宽度和接触面积增大，使轧制总压力和马达负荷上升。③终轧过程的条件恶化。这是由于轧速上升，螺距增大，压下量加大，轧制压力增大，使得金属的横向变形强烈，加上尾部刚端的消失，使横向变形加深发展，因此，在三辊斜轧机上，尾部三角形效应增大。接触面宽度进一步增大，到一定程度金属将充满并挤出辊缝，破坏了轧件的转动条件，造成“轧卡”，破坏了轧制过程的稳定。④送进角加大后变形区产生畸变，轧辊辗轧锥与顶头圆锥之间的孔型产生歪扭，不能保证轧制质量和管子的均圆孔径，并使终轧过程不具有足够的拽人力而导致“轧卡”。
　　2　大送进角在穿孔机上的运用
　　在三辊斜轧穿孔机上采用大送进角轧制，都收到了提高产量和质量的明显效果，但终轧过程和咬入条件都比小送进角时恶化，并且毛管尾部会出现三角形(尾三角)张开，破坏轧件的转动而转卡。因此为保证在大送进角情况下轧制过程的建立和终轧过程的顺利进行，可以在设备设计上采取一些办法：
　　①变送进角轧制。使送进角在轧制过程中能进行调整，用小送进角咬入，大送进角轧制，小送进角抛出，这样就能保证一次咬入与二次咬人，中段高速轧制和尾部不会“轧卡”。送进角的变化可通过液压或机械传动方式使转鼓旋转与制动。
　　②推力穿孔。即在咬人与轧制的全过程中，管坯尾端始终施加一定推力，这样可帮助咬人，提高轧速，防止终轧卡钢外，还减小了坯料内部的轴向拉应力，提高了轴向滑动系数，改善了应力状态，有利于提高毛管质量。
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　　③传动顶头。斜轧穿孔的一次咬入包括使轧机能实现轴向拽入的条件和使轧件实现转动的条件两个方面。如果将原来的被动顶头变成主动顶头，使得在管坯的旋转方向上附加一个转动力矩，这样可帮助改善咬入条件，并有利于减小甚至消除金属与顶头表面之间的滑移，改善毛管内表面质量。
　　④改进导向工具。由于导板与金属表面之间的严重摩擦，大大阻碍了金属的拽入，降低了工具使用寿命和划伤了毛管的表面。用导盘或导辊代替导板则可避免上述缺点。不仅如此，导盘能改善坯料内部的应力状态和金属的变形条件，提高难变形金属的可穿性。
　　⑤合理地改进孔型设计，由于大送进角使工作辊与工具(顶头、导板)所形成的变形区缩短，对一次咬入产生很大影响，因此要预先根据坯料的咬人条件、力能参数及所选择的变形区形状，制订合理的孔型方案，要使轧辊在人口锥的锥度减小，以增加咬人力，出口锥的辊面应考虑成具有双锥度或多锥度，甚至为曲线型的复杂辊型，使轧辊的锥度在送进角变化下也能与顶头的锥度相平行，以保证终轧过程具有足够的拽人力和轧出的毛管足尺寸精度。
　　生产实验证明，大送进角穿孔在三辊穿孔机上比较常用，通常采用加大送进角的方法来提高轧管速度、缩短纯轧制时间，是提高其生产率的重要途径。但最大的问提就是不能轧大口径的薄壁管材，因为会出现尾部三角形喇叭口，破坏了终轧过程，而三角形效应有受送进角的很大影响，送进角大，接触宽度增加，金属横向变形加深，三角形效应显著。所以，解决三辊轧管的管尾三角和提高送进角是关键。而要消除管尾三角，最好的办法就是减小送进角。因此，如何解决既要用大送进角来提高速度，又要用小送进角来防止管尾三角，便成了设计新型三辊穿孔机的一个大课题。
　　为了解决这一矛盾，2008年开始研究不改变大送进角的情况下解决咬如图和管尾三角问题。经过两年的参观考察、研究设计最终已经找到解决问题的办法，此设计的特点就是根据需要，在穿孔机前台上方安装夹送装置(夹送辊)，下辊和前台送料辊一致，上滚可以根据管坯型号自由升降，两辊位置在穿孔机送料口前方，两辊旋转速度要大于轧辊旋转速度，角度可根据稳定性设定，夹送装置可起瞬间咬入作用，对管坯施加一定推力，这样可帮助咬人，解决了咬入问题。管尾三角问题可通过在穿孔机后端安装一个小型轧机，小型轧机的结构要与穿孔机大体一致，但压下量特别小，能保证带动管坯旋转就可以。小型轧机轧辊的旋转速度一定要和穿孔机轧辊的旋转速度同步，当管坯到穿孔机轧辊尾部即将出现管尾三角问题时，小型轧机可起着拉力的作用，解决了终轧过程尾三角“轧卡”问题。
　　3　结语
　　文章结合近年来发展的三辊斜轧理念，采用辅助设备来解决大送进角存在的问题。是一种精确科学的工艺方法，为复杂的钢管三辊斜轧工艺研究及生产工艺设计提供了一种可靠的新手段，通过和前后台设备的紧密配合，在生产中得到了明显的优化。

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　　[1]兰兴昌，刘卫平.无缝钢管生产技术的新发展[J].钢管，2003,32(5).

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