生產(chǎn)流程講座課件(熱穿孔)

1、熱穿孔生產(chǎn)流程培訓講義,2,,,,,四、斜軋穿孔缺陷種類及預防措施,三、管坯斜軋穿孔介紹,二、管坯加熱介紹,一、熱穿孔主要流程,內(nèi)容概要,五、荒管平頭操作流程,3,一、熱穿孔主要流程,收料,是否平頭,是否剝皮,是否合格,鋸切,管坯檢驗,修磨,管坯入庫,定心,平頭,管坯驗收,管坯加熱,管坯軋制,荒管檢驗,是否合格,剝皮,是否平頭,平頭,是否平頭,平頭,不合格品入庫,荒管入庫,不合格品退庫,是,否,是,否,是,否,是,否,是,否,缺陷深度超

2、標,4,1.管坯加熱概述：,對于熱加工來說，最重要的是掌握在加熱過程中金屬內(nèi)部發(fā)生的各種變化，這首先決定于加熱制度，加熱制度的好壞直接影響荒管品質(zhì)。,管坯加熱的根本目的在于為穿孔準備良好的加工組織和改善金屬性能。一方面加熱可使管坯轉變?yōu)橛凶銐虻乃苄院偷偷淖冃慰沽Φ牟牧?；另一方面在加熱過程中可以改善鋼的組織性能。 管坯的加熱一般分為低溫加熱階段和高溫加熱階段。低溫加熱往往是加熱一些特殊合金鋼的關鍵時期，因為這些鋼具有低的

3、熱傳導性能，低的塑性，因此，在選擇加熱速度時必須考慮金屬的導熱性、熱應力、組織應力、原始應力及鋼的組織；高溫加熱時期是指金屬加熱到700℃~800℃以上，這時金屬的導熱性和塑性顯著增加，同時沿斷面的溫差減小了，從而熱應力大為減少 ，故可采用快速加熱。,2.管坯加熱目的：,二、管坯加熱介紹,5,管坯加熱過程中的熱量傳導的方式主要有傳導，輻射及對流三種。傳導：管坯與高溫爐底（或相鄰的高溫管坯）之熱量的流動，及管坯 內(nèi)部熱量的

4、流動都是靠熱傳導進行。輻射：高溫爐氣的發(fā)出的電磁波通過爐墻和爐頂?shù)恼凵洌ɑ蛑苯樱?能量傳到管坯表面，加熱管坯的形式。對流：高溫區(qū)熱流到低溫區(qū)熱流相互混合，發(fā)生熱量交換，并將熱量 傳導至管坯的表面的形式。 傳導，對流和輻射三種傳熱方式都與溫度差有關，特別是輻射。加熱低溫時管坯得到的熱量大部分靠對流與傳導方式得到熱量，而在高溫時（500度以上）絕對大部分熱量依靠輻射傳熱；溫度差稍微提高，

5、輻射熱量就大大增加，可以快速的提高爐溫，增大爐氣與管坯的溫差，可以快速加熱,3. 熱量傳導三種方式：,6,實際生產(chǎn)中常用的加熱曲線有3種，如右圖。 曲線2是從裝爐到出爐溫度始終不變地以最大的加熱速度進行加熱，稱快速加熱，對于小直徑低碳鋼和低合金鋼管坯都可以對于小直徑低碳鋼和低合金鋼管坯都可以采用這種加熱方式。 曲線3是考慮到金屬在組織轉變中進行均熱的加熱制度，這種用得很少。 曲線4是采取低溫帶和高

6、溫帶采用不同的加熱速度，這種主要是用于低導熱性的合金鋼及高碳鋼。,4. 管坯加熱制度的選擇：,7,5. 管坯加熱時間的確定：,一方面較長的加熱時間可使溫度沿管坯橫斷面和長度分布更均勻，有利于熔解碳化物，另一方面，加熱時間愈長，則晶粒長大愈嚴重，惡化穿孔性能。管坯的高溫區(qū)加熱時間可按下面經(jīng)驗式計算：T=Kt*Dp Kt—管坯單位加熱時間，min/cmDp—管坯直徑，cm,管坯單位加熱時間（軋坯）min/cm (Kt值）,8,6.

7、 管坯加熱溫度的確定：,隨著溫度的升高，鋼的塑性提高，變形抗力降低，一方面可降低電能和工具消耗，軋制力減少及設備磨損小，另一方面加熱溫度受到其它一些因素影響，確定合理的溫度應考慮以下諸多因素,1）溫度過高產(chǎn)生過熱甚至過燒，當金屬過熱時晶粒長得很大，從而 降低了金屬塑性，過燒時使晶界熔化，金屬變脆2）溫度過高，鋼的表層脫碳嚴重3）考慮金屬燒損鋼管的表面質(zhì)量，溫度愈高，氧化鐵皮愈厚，過厚的氧化鐵皮不但增加金屬消耗，也會給穿孔帶來

8、困難，氧化鐵皮軋入金屬中，降低 鋼管表面質(zhì)量,,9,4）考慮穿孔過程中溫升情況，由于熱效應的結果 ，穿孔時溫度有所升高，對于某些高合金鋼尤顯重要，溫升的大小以決定于穿孔速度和變量。,5）考慮軋制品的規(guī)格，軋制厚壁管加熱溫度稍低,6）管坯加熱還與穿孔頂頭材質(zhì)有關，用鉬基頂頭穿孔，加熱溫度要低80~90度,10,7. 穿孔管坯加熱爐型介紹：,11,8.常熟華新二廠熱穿車間軋加熱爐型介紹：,12,,,,,,斜底爐示意圖,,,爐門,,,燒嘴,,

9、擋火墻,,基礎,,端進,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1.1m,1.1m,1.1m,1.1m,,1.均熱段1區(qū)2個燒嘴，東西單獨控制,2.加熱段2區(qū)2個燒嘴由同一個執(zhí)行器控制,3.加熱段3區(qū)4個燒嘴由同一個執(zhí)行器控制,4.斜底爐共11對爐門,13,步進爐燒嘴示意圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,入鋼槽,,,側進,步進方向,,出鋼槽,4,3,2,1,側出,燒嘴排布示意圖,,,,預熱段

10、12.5米,,,加熱段13米,均熱段2米,,,燒嘴,,擋火墻,,,,,,,,,,,,2.1,2.1,2.1,2.1,1.均熱段2個燒嘴東西單獨控制,2.加熱段分3個區(qū)，共12個燒嘴，每個區(qū)4個燒嘴群組控制,,,,,,2.1,,,1.8,,0.9,2.1,14,步進爐動/靜樑分布示意圖,紅色代表動粱，黑色代表靜粱,一：坯料在槽中,15,步進爐動樑送料示意圖,16,管坯加熱能改善組織性能，但是也會產(chǎn)生一些缺陷，譬如金屬表面層被氧化而形成氧化

11、鐵皮，金屬表面脫碳和增碳，而使金屬材料表面質(zhì)量降低，增加了金屬消耗。 常見管坯加熱缺陷主要有：金屬氧化、陰陽面、過熱及過燒，特別是過燒是不可挽回的，產(chǎn)生過燒，既意味著材料報廢。產(chǎn)生加熱缺陷主要因素是加熱時間，加熱溫度，加熱速度及爐內(nèi)氣氛。,10. 管坯加熱過程常見缺陷：,9. 常熟華新熱穿孔加熱工藝：,常熟華新熱穿孔現(xiàn)行加熱工藝,過熱是加熱溫度過高，金屬的晶粒將迅速長大 從而降低了金屬及合金材料的力學性能，這種現(xiàn)象叫過熱。過燒

12、是若變形溫度進一步提高，接近金屬材料的熔點時，金屬晶界產(chǎn)生氧化甚至熔化，鍛造時金屬及合金沿著晶界產(chǎn)生裂紋，這種現(xiàn)象 是 過燒過熱可拯救 但是過燒則報廢,17,18,三、管坯斜軋穿孔介紹,1.斜軋穿孔發(fā)展史,1884年發(fā)現(xiàn)用斜軋穿孔法生產(chǎn)無縫鋼管，1892年發(fā)明沖孔方法生產(chǎn)無縫鋼管，后來又發(fā)明現(xiàn)用擠壓法生產(chǎn)無縫鋼管，但至今斜軋穿孔法在無縫鋼管生產(chǎn)中占有最大的比重， 德國兩名工人（曼尼施曼兄弟）在鍛造圓斷面鋼料(旋轉橫鍛）實

13、踐活動中，常發(fā)現(xiàn)在圓形鋼料的中心破裂，形成不規(guī)則的內(nèi)孔，即現(xiàn)在通稱“孔腔”。到1886年正式試驗用斜軋穿孔法來生產(chǎn)無縫鋼管，當時由于他們對斜軋穿孔的本質(zhì)尚未了解，開始試驗是用實心圓坯料空軋來獲得內(nèi)孔（無頂頭軋制），從而得到管子內(nèi)徑很小，內(nèi)壁很粗糙，不能應用，而成為廢料。后來在實踐中不斷摸索，提出加頂頭的斜軋穿孔法，通過試驗，加頂頭后所得的管子內(nèi)孔擴大了，內(nèi)壁也較光滑了，正式生產(chǎn)出當時工業(yè)所需要的無縫鋼管。但那時生產(chǎn)的鋼管主要是厚壁毛管，

14、不管在表面質(zhì)量，幾何精度上以及機械性能上都是很差，隨著工業(yè)的發(fā)展，對鋼管的質(zhì)量要求也越來越高，后來經(jīng)過幾十年的不斷改進，才生產(chǎn)出現(xiàn)今各行業(yè)所使用的各種無縫鋼管。,19,2. 管坯穿孔機組類型介紹：,穿孔機的結構和穿孔過程的變形特點，可將現(xiàn)有的穿孔機類型分類如下：,a.按軋輥形式分類,20,b. 按軋輥位置分類,立式穿孔機,臥式穿孔機,c. 按軋輥數(shù)量分類,二輥穿孔機,三輥穿孔機,21,d. 按變形特點,,F,,,縱軋穿孔機,斜軋穿孔機,

15、,,縱軋：由獨立構件提供動力，軋輥反向旋轉，坯料直行前進。,斜軋：由軋輥提供動力，軋輥同向旋轉，坯料螺旋前進。,22,2.常熟華新熱穿孔機組信息介紹：,（1）-軋輥；（2）-導板；（3）-頂頭；（4）-頂桿；（5）-管坯；（6）-毛管,二輥臥式斜軋穿孔機,二輥立式斜軋穿孔機,常熟華新機組信息,23,3、二輥斜軋穿孔機的工模具,a、軋輥,它是主傳動外變形工具，其輥身形狀（輥型）和主要尺寸參數(shù)如圖所示。通常輥身分為入口錐、出口錐和軋制帶（

16、又稱壓縮帶）三段。各段的功用是：（1）入口錐（長度L1、入口錐角） 是曳入管坯并實現(xiàn)管坯穿孔；（2）出口錐（長度L2、出口錐角） 是實現(xiàn)毛管減壁、平整毛管表 面、均勻毛管壁厚和完成毛管 歸圓；（3）軋制帶（寬度L3）是起到從入 口錐到出口錐之間過渡的作用。,1）軋輥主要構成部位和作用,24,b、導板,它是固定不動的外變形工具，不僅起到管坯和毛管

17、的導向作用，使軋制線穩(wěn)定，而更重要的是封閉孔型外環(huán)、限制毛管橫向變形———擴徑，起到控制毛管的外徑作用。按照金屬塑性流動的最小阻力定律，如果沒有導板限制作用，毛管（特別是薄壁毛管）的擴徑量將是很大的，這種情況下，穿孔過程難于實現(xiàn)。導板的形狀和主要尺寸如下圖所示。通常導板的縱斷面形狀與軋輥輥型相類似，可分為入口斜面Lb1）、出口外面（ Lb2）和過渡帶（ Lb3）三段。各段的功用是：（1）入口斜面導入管坯；（2）出口斜面導出毛管并限制毛管

18、的擴徑；（3）過渡帶為兩斜面間過渡用。,1）導板主要構成部位和作用,25,c、頂頭,頂頭的形狀和主要尺寸如圖所示。它是穿孔機內(nèi)變形工具，相當于鋼環(huán)軋機的內(nèi)輥。工作時頂頭靠頂桿的支撐在變形區(qū)內(nèi)軸向位置固定不變。實踐證明，管坯由實心變成空心毛管過程中，軋件的外徑變化不大，而內(nèi)徑由零擴大到要求值的變形主要靠頂頭的穿孔錐來完成。由于頂頭擔負著很重要的變形任務，又處于受熱金屬包圍的惡劣的工作條件，因而頂頭是對毛管質(zhì)量和穿孔機生產(chǎn)率都有重大影響的關

19、鍵性的工具。,頂頭的形狀由頂尖L1 （鼻部）、穿孔錐L2、平整段L3和反錐L4等四段構成。各段的功用是：1）鼻部用來在穿孔時對準管坯定心孔，便于穿正；同時對管中心施加軸向力，在一定程度上有利防止預先形成孔腔；2）穿孔錐擔負管坯穿孔和毛管減壁的任務；,3）平整段的錐角等于軋輥出口錐錐角β，它起到毛管均整壁厚和平整毛管的內(nèi)外表面作用；4）反錐的作用是防止毛管脫離頂頭時產(chǎn)生內(nèi)劃傷。,1）頂頭主要構成部位和作用,26,4.斜軋穿孔的變形過程,1

20、.軋輥 2.導板 3.頂頭,a.斜軋穿孔變形孔型的構成,二輥立式斜軋穿孔機由上下軋輥，左右導板及鉬頂頭構成橫截面圓環(huán)孔型，縱截面上為小底相接的兩個錐體，并保證軋輥中心線，導板中心線及頂頭中心線在同一位置。當導板與軋輥之間的間隙過大時，將導致荒管鏈帶的產(chǎn)生。,,,,27,b. 穿孔變形區(qū)域組成,按在穿孔過程中的作用變形區(qū)可劃分成四部分：穿孔準備區(qū)、穿孔區(qū)、平整區(qū)（輾軋區(qū)）和歸圓區(qū)（轉圓區(qū)）等。,Ⅰ---穿孔

21、準備區(qū);Ⅱ---穿孔區(qū);Ⅲ---平整區(qū)（輾軋區(qū)）; Ⅳ---歸圓區(qū)（轉圓區(qū)）,斜軋穿孔變形區(qū),28,1)穿孔準備區(qū)：是指從管坯開始與軋輥接觸起，管坯在軋輥給予的摩擦力帶動下作螺旋運動進入變形區(qū)，至管坯前端與頂頭鼻部相遇之間的區(qū)域（圖I）。它的作用是：（1）實現(xiàn)管坯的一次咬入；（2）為管坯繼續(xù)進入變形區(qū)積累足夠大的剩余摩擦力，即克服頂頭阻力，實現(xiàn)二次咬入；（3）使管坯中心處于特殊的應力狀態(tài)，造成有利于頂頭切入管坯的組織狀態(tài)；（4）附帶的作

22、用是使管坯的前端形成一個漏斗狀的凹穴，便于頂頭對中定心。2)穿孔區(qū)：是指對應於頂頭鼻部和穿孔錐部分的區(qū)域（圖II）。它的主要任務是進行管坯穿扎和毛管減壁。穿孔變形主要在此區(qū)域內(nèi)完成。故頂頭的鼻部和穿孔錐的工作條件最惡劣。3)平整區(qū)：是指頂頭平整段所對應的變形區(qū)部分（圖III）。在此區(qū)內(nèi)由于軋輥出口錐母線與頂頭平整段母線接近平行，因此毛管管壁通過此區(qū)域起到平整毛管內(nèi)外表面和均勻毛管壁厚的作用。4)歸圓區(qū)：是指毛管脫離頂頭后僅與

23、軋輥接觸的部分（圖IV）。它的作用是靠軋輥將橢圓形斷面毛管螺旋加工成圓形。,29,C.斜軋穿孔過程,軋制過程是一個獨特的連軋過程，管坯———毛管咬入后，由軋輥帶動獲得螺旋運動，一邊旋轉、一面前進，并在1/n（ n 為軋輥數(shù)目）受軋輥加工一次。如此，依次通過穿孔變形區(qū)的各部分，經(jīng)受穿孔準備、二次咬入和穿孔、毛管減壁、平整內(nèi)外表面和均勻壁厚以及歸圓等軋制變形，而獲要求尺寸的毛管。,整個斜軋穿孔過程可分為第一個不穩(wěn)定過程、穩(wěn)定過程和第二個不穩(wěn)

24、定過程三個階段。第一個不穩(wěn)定過程從管坯同軋輥接觸開始，到前端金屬穿出變形區(qū)；穩(wěn)定過程是穿孔過程的主要階段，從管坯前端充滿變形區(qū)到管坯尾端開始離開變形區(qū)；第二個不穩(wěn)定過程為管坯尾端開始離開變形區(qū)到完全離開軋輥。,實際生產(chǎn)過程中，前后軋卡比中卡多，也是不穩(wěn)定過程特征之一。軋卡是指穿孔時軋件突然停止前進卡在穿孔機中，不前進不旋轉或只旋轉不前進的現(xiàn)象。軋卡分為前卡、中卡和后卡，發(fā)生在第一個不穩(wěn)定過程中的軋卡叫前卡，發(fā)生在第二個不穩(wěn)定過程中的軋卡

25、叫后卡；發(fā)生在穩(wěn)定穿孔過程中的軋卡叫中卡。影響軋卡的因素很多，凡是促進穿孔阻力增大，拽入摩擦力降低的因素都將促進軋卡。,30,斜軋穿孔動態(tài)變形過程（圖示）,1.管坯第一次咬入,2..管坯第二次咬入,為了使穿孔時能順利咬入管坯和順利拋出毛管，在進行工具設計和軋機調(diào)整時，要保證：（1）管坯在穿孔準備區(qū)內(nèi)不與導板接觸，或者至少管坯先與軋輥接觸形成一定的變形區(qū)長度（約30-70mm）后再與導板接觸，以保證二次咬入的實現(xiàn)；（2）毛管離開變形區(qū)的程

26、序為毛管先脫離頂頭，再脫離導板，最后離開軋輥。,31,3.減徑，減壁,4.擴徑，減壁,32,5.擴徑，均壁,6.轉圓成荒管,33,5.斜軋穿孔變形區(qū)幾何和調(diào)整參數(shù),（1）軋制線 管坯--毛管中心運行軌跡為穿孔軋制線。實際上穿孔機頂桿的軸線即為軋制線，可通過調(diào)整定心輥來實現(xiàn)。,（2）送進角（又稱前進角） 二輥臥式斜軋穿孔機的送進角是指軋輥軸線與軋制線在包含軋制線的垂直平面上投影的夾角。二輥立式斜軋穿孔機的送進角是上述兩線

27、在水平面上投影的夾角。其它斜軋機按此概念類推。送進角是斜軋中最積極的工藝參數(shù)。一般取8°~15°。,r --送進角,34,（3）機器中心線 即穿孔機本身的中心線。有的機組上為使穿孔過程穩(wěn)定，以及考慮到下導板更換方便等因素，將軋制線調(diào)整得比機器中心線低3-6mm。,（4）軋輥間距Bck 指兩軋輥的軋制帶之間（即孔喉處）的軋輥間距。（5）導板間距Lck 指兩導板過渡帶工作面間距。（6）穿孔機孔

28、型橢圓度系數(shù)ξ 指導板距與軋輥距之比，一般取1.03~1.15。,ξ = Lck/Bck,下軋輥,上軋輥,左導板,右導板,,,,35,（7）管坯總直徑壓下量△Dp 指管坯從開始咬入時的外徑Dp與軋輥軋帶 處管坯外徑的差值。（8）總壓縮率ε 指管坯總直徑壓下量與管坯外徑之比，一般取值10%-14% 。,ΔDp=Dp-Bck ε = x100%,,ΔDp,Dp,36,（9）頂頭前伸量C

29、和頂桿位置y 頂頭前伸量又稱頂頭位置，是指頂頭鼻部伸出軋輥軋制帶中線的距離。頂頭鼻部伸出軋制帶中線C 值為正，而在軋制帶中線之后則C值為負。頂桿位置y 是指在軋制方向上，軋輥后端面與頂頭后端面的間距。實際生產(chǎn)中通過調(diào)整y 值來保證獲得需要的頂頭前伸量C值。,37,（10）頂頭前壓下量△Ddq和頂頭前壓縮率εdq 頂頭前壓下量是指管坯剛接觸軋輥時的外徑與管坯剛接觸頂頭時的外徑之差。頂頭前壓縮率是指頂頭

30、前壓下量 與管坯外徑的比值，取值范圍為4%~9%，一般7%~8%。,ΔDdp=Dp-Bdq,Bdq=Bck+2（C-0.5L3）tanβ1,εdq=,,ΔDdq,Dp,x100%,L3:軋輥壓縮帶長度；β1：軋輥入口角。,38,（11）毛管外擴徑量△Dk和內(nèi)擴徑量△dk 毛管外擴徑是指毛管外徑Dm與管坯外徑Dp之差；內(nèi)擴徑量是指毛管內(nèi)徑dm與頂頭直徑Dt之差。,ΔDk=Dm-DpΔdk=dm-Dt,2,2,39,6

31、.斜軋穿孔運動學,a.斜軋穿孔軋輥速度分量,首先，根據(jù)穿孔規(guī)格及鋼種，選擇軋輥轉速（電機轉速），設定軋輥轉速，則VB=πDB NB/60軸向速度分量VBX=πDBNB sinα/60切向速度分量VBY=πDBNB cosα/60DB—軋輥直徑α—送進角NB—軋輥轉速,,VB,,VBY,,VBX,40,在軋制過程中，管坯靠軋輥帶動作螺旋前進，由于兩者速度并非完全相等，一般金屬的運動速度小于軋輥速度，即金屬和軋輥之間產(chǎn)生滑

32、動，可用滑動系數(shù)來表示兩者的速度差，因此，管坯的速度分量為軸向速度分量VBX=ηO *πDBNB sinα/60切向速度分量VBY= ηr * πDBNB cosα/60ηo ,η? ,分別為軸向和切向滑動系數(shù)，一般都 小于1.,41,在實際生產(chǎn)過程中，由于軋輥為兩個錐形，輥面任意一點的速度都會存在差異，導致變形區(qū)管坯任意截面面上也會產(chǎn)生的速度差異。軋輥軸向速度分量VB.x.x=VB*sinα *cosω

33、B=π*DB.x*nB*sinα*cosωB/60軋輥切向速度分量VB.x.y=π*DB.x*nB*（cosα*cosωB*cosωz-sinωB*sinωz）/60管坯軸向速度分量VM.x.x=π*DB.x*nB*sinα*cosωB*ηO.x/60管坯切向速度分量VM.x.y=π*DB.x*nB*（cosα*cosωB*cosωz-sinωB*sinωz）ηT.x/60式中 ωB——x點的軋輥中心角；

34、 ωz—x點的管坯中心角； ηO.x、ηT.x——分別表示任一截面軸向、切向滑移系數(shù)。,42,總體說來滑移系數(shù)在變形區(qū)各點都是不同的，凡是使軸向阻力增大，曳入磨擦力減小的因素，都將加大滑動，造成質(zhì)量惡化及電能消耗，簡單來說，可以從如下幾方面考慮滑動系數(shù)的影響因素:1）管坯直徑：滑動隨著管坯直徑的增大而增大。因為隨著直徑增大，匹配頂頭直徑和長度比增大，頂頭母線陡升程度增大，從而頂頭軸向阻力增大2）軋輥磨擦系數(shù):軋輥磨

35、擦系數(shù)增大而減少。因為磨擦力曳入力與磨擦系數(shù)成正比。3）穿孔溫度:穿孔溫度越高，滑動越小。因為溫度越高，穿孔阻力越小。4）穿孔機調(diào)整參數(shù)的影響; a.頂頭前伸量:頂頭前伸量越大，滑動越大（管坯壓下量小，變形區(qū) 長度減少，變形抗力大）,43,b.軋輥距：軋輥距越大，滑動越大（管坯壓下量小，變形區(qū)長度減少，變形抗力大） c.導板距：導板距越大，滑動越?。ㄝS向阻力越力） d.送進角：送進角越大，滑

36、動越?。ㄝS向速度分量增加，曳入力增加）5）工模具的設計因素；a.軋輥入口錐角：軋輥入口錐角越大，滑動越大（變形區(qū)變短，曳入力減少）b.軋輥直徑：軋輥直徑越大，滑動越?。ń佑|面積大，曳入摩擦力越大）c.頂頭直徑與長度比：頂頭徑長比越大，滑動越大（軸向阻力越大）d.導板入口錐：導板入口錐越大，滑動越?。ㄝS向阻力?。?44,a. 咬入定義,斜軋穿孔過程存在著兩次咬入：第一次咬入：是管坯和軋輥開始接觸瞬間上由軋輥帶動管

37、坯運動而把管坯曳入變形區(qū)中的動作，稱為一次咬入。第二次咬入：是當金屬進入變形區(qū)到和頂頭相遇，克服頂頭的軸向阻力繼續(xù)進入變形區(qū)為二次咬入。 滿足第一次咬入條件并不一定能滿足第二次咬入條件，生產(chǎn)實際中，二次咬入當不能克服頂頭的軸向阻力時，會看到軋坯在旋轉但不能咬入，就是最好的證明,7. 斜軋穿孔咬入條件：,45,b.一次咬入條件,一次咬入既要滿足管坯旋轉條件又要滿足軸向前進條件。 管坯旋轉條件式確定：

38、 Mt≥Mp＋Mq＋Mi 式中 Mt－使管坯旋轉的總力矩； Mp－由于壓力產(chǎn)生的阻止坯料旋轉力矩； Mq－由于推料機推力而在管坯后端產(chǎn)生摩擦力矩。 Mi－管坯旋轉的慣性矩通過系列推導，可得出滿足旋轉條件的工式如下式中 f—摩擦系數(shù)（一般為0.2到0.4） β1—軋輥入口錐 α—送進角 i—管坯與軋輥的直徑比由此可看出，對于小

39、直徑的坯料，實現(xiàn)旋轉并不難，對于二輥式斜軋穿孔機來講，主要是要選取一個合適的送進角，才能保證旋轉條件的建立。,46,為了保證管坯被曳入的可能性，首先來研究力學上的平衡，既要求曳入力與軸向阻力平衡。Q+2(TX-TP)=0Q—推入力TX— 一個軋輥上提供的摩擦力在X軸上的投影TP— 一個軋輥在管坯上正壓力在X軸上的投影在生產(chǎn)實際中，并不是送進角越大越容易滿足第一次咬入條件，甚至，在一定范圍內(nèi)完全相反。,管坯一次咬入條件式確定：,

40、c. 管坯二次咬入條件式確定：,同樣要實現(xiàn)第二次咬入，必須先滿足基本力學平衡，既要求曳入力與軸向阻力平衡。2（TX-Tp)-PX’+Q=0式中 Px’—— 頂頭的軸向阻力由些可見，第二次咬入與第一次咬入的差別，就是要多克服頂頭的軸向阻力。,47,為了保證第二次咬入，可以從以下方面考慮1）由推鋼機構提供一個獨立的推力Q顯得相當重要2）導板的入口錐角度 ，在嚴格意義來講，最好是保證在實現(xiàn)第二次咬入的前提下，管坯不要與導板接

41、觸。3）凡是可以加大管坯在頂頭前壓下量的都有利于現(xiàn)實第二次咬入，但是，頂頭前的壓下量與荒管的質(zhì)量是相矛盾，也就是說，要保證質(zhì)量沒有內(nèi)裂的產(chǎn)生，就要求在頂頭前的壓下量在產(chǎn)生孔腔的臨界壓下量以內(nèi)。在生產(chǎn)實際中，要求保證：,48,8. 斜軋穿孔孔腔形成機理：,a.孔腔形成理論,孔腔是指旋轉橫鍛、橫軋和斜軋實心工件時產(chǎn)生的縱向內(nèi)撕裂（如下圖），有的文獻也稱它為旋轉橫鍛效應。工件中心產(chǎn)生的縱向撕裂稱為中心孔腔；工件中呈環(huán)狀的縱向撕裂稱環(huán)形

42、孔腔。二輥斜軋、橫軋和橫鍛時產(chǎn)生的多為中心孔腔，三輥斜軋時產(chǎn)生的多為環(huán)形孔腔。,斜軋時孔腔形成機理有三種觀點：,（1）切應力理論 認為中心撕裂是管坯中心受交變的剪應力作用的結果，屬于韌性斷裂。,（2）正應力理論 認為管坯中心撕裂是由于中心金屬拉應力作用的結果，一般屬于脆性斷裂。,（3）綜合應力理論

43、 認為孔腔形成是由于中心部金屬受交變的切應力和很大的橫向拉應力綜合作用結果。,49,b.孔腔對穿孔工藝的影響,人們對斜軋過程中的孔腔形成現(xiàn)象的認識有過重大的改變。曼乃斯曼兄弟根據(jù)孔腔形成原理發(fā)明了二輥斜軋穿孔機。開始曾試圖利用孔腔形成的原理，不用頂頭進行穿孔，但因毛管內(nèi)孔小、形狀不規(guī)整和內(nèi)壁粗糙等原因而不能實用。于是在穿孔出口變形區(qū)放置頂頭，穿孔時管坯先在入口錐內(nèi)經(jīng)受較大的直徑壓縮率，預先產(chǎn)生很大的孔腔，然

44、后在軋輥出口錐內(nèi)用頂頭進行減壁、擴內(nèi)孔和平整表面而得到厚壁毛管。,預先形成孔腔是毛管出現(xiàn)內(nèi)折疊缺陷的根本原因，但仍利用孔腔形成過程中第一階段使管坯中心疏松，以減少頂頭鼻部的單位壓力，便于穿正和提高頂頭壽命。,管坯孔腔圖,孔腔導致荒管內(nèi)折圖,50,（3）軋件橢圓度 二輥斜軋穿孔中管坯的橢圓度越大，則不均勻變形程度也越大。按體積不變定律可知，橢圓度越大則縱向變形越小，橫向變形增大將導致管坯中心區(qū)的橫向拉應力、切應力以及反復應力

45、作用增加，促進空腔的形成。,（4）加熱制度 在加熱時要保證管坯具有良好的加工組織、有較小的熱應力以及防止過熱和過燒。適當?shù)脑黾颖貢r間對穿孔性能有利。,c.影響孔腔形成的因素（1）鋼的自然塑性 金屬自然塑性決定著金屬在塑性變形的過程中產(chǎn)生破裂的傾向，斜軋穿孔中常用“穿孔性能”來表示。,（2）頂頭前壓縮量 頂頭前壓縮量 大則變形不均勻性程度也越大。導致管坯中心區(qū)的切應力和拉應力增加，從而容易促進空

46、腔的形成。,51,d.防止過早產(chǎn)生孔腔的措施,（1）采用大送進角 大送進角可顯著提高臨界壓縮率（并提高實際穿孔速度。根據(jù)試驗和從金屬疲勞強度分析，大送進角使提高主要是由于：1）減輕變形不均勻性；2）減小軋件在頂頭前受反復應力的循環(huán)次數(shù)，使不均勻變形引起的拉應力減小，金屬保持較高的疲勞強度。（2）采用較小的孔型橢圓度系數(shù)，對于采用導板或?qū)л伒拇┛讬C，取較小的孔型橢圓度系數(shù)值可減小橫向變形和由此而產(chǎn)生的橫向拉應力值。,（3）

47、采用小的軋輥入口角 在大送進角條件下，采用大的軋輥入口角有利于提高零界壓縮率值，這是因為在這條件下單位壓縮率已大于6%，管坯中心已產(chǎn)生較大的塑變形，軋輥入口角增大將使單位壓縮率增大而不均勻變形減小的結果。但過大的送進角會使變形區(qū)太短而破壞其過程的穩(wěn)定性，故綜合考慮仍應采用較小的軋輥入口角值。,52,（4）采用主動導盤（狄舍爾穿孔機） 原因可歸納為：1）導盤對管坯直徑壓縮，可減小橫向拉應力；2）導盤抑

48、制軋件橢圓度有利金屬縱向變形的發(fā)展；3）可提高軸向滑動系數(shù)，提高穿孔速度，減少管坯在頂頭前的反復壓縮次數(shù)。因此在狄舍爾穿孔機上可穿制連鑄坯。,（5）頂推力穿孔 在穿孔過程中在管坯尾端施加頂推力，有助于提高穿孔效率，減少頂頭前管坯的壓縮次數(shù)，并可加大軸向壓應力作用區(qū)和減小咬入所需的頂頭前最小壓下率，故可提高頂頭零界壓下率。但頂推力過大會使橫向變形顯著發(fā)展，促使孔腔的形成。,（6）采用主動頂桿與軋輥

49、輥面壓花 這些措施均有利提高軸向滑動系數(shù)和發(fā)展縱向變形，而提高頂頭零界壓下率值。,（7）提高管坯質(zhì)量,53,9.金屬變形及流動介紹：,a. 斜軋穿孔的金屬變形,斜軋穿孔過程中存在著兩種變形，即基本變形(或宏觀變形)和附加變形(稱不均勻變形)。 基本變形是指外觀形狀的變化，這種變形是可以直觀的，如由實心圓管坯變成空心的毛管，基本變形完全是幾何尺寸的變化，與材料的性質(zhì)無關，而且基本變形取決于變形區(qū)的幾何形狀(由工具設

50、計和穿孔機調(diào)整所決定)。 附加變形指的是材料內(nèi)部的變形，是直觀不到的變形，附加變形是由于材料中內(nèi)應力所引起的，引起材料產(chǎn)生的缺陷，所以在實際生產(chǎn)中如何來減小附加變形是很重要的。,b.基本變形,基本變形即延伸變形，切向變形和徑向變形(壁厚壓縮)。這三種變形都是宏觀變形，表示外觀形狀和尺寸變化。,54,c.附加變形,附加變形包括有扭轉變形，縱向剪切變形等，附加變形是由于金屬各部分的變形不均勻產(chǎn)生的，附加變形會帶來一系列的后果，

51、如造成變形能量增加，以及由于附加變形所引起的附加應力，容易導致毛管內(nèi)外表面上和內(nèi)部產(chǎn)生缺陷等?？v向剪切變形主要是由于頂頭的軸向阻力所造成的，一方面軋輥帶動管材軸向流動，而頂頭要阻止金屬軸向流動，最終導致各金屬軸向流動有差異，可是各層金屬又是互相聯(lián)系的，是一個整體，所以在各層金屬向必然產(chǎn)生附加變形和附加應力，特別是和軋輥、頂頭直接接觸的表層金屬，附加變形更大些，因此毛管內(nèi)外表面很容易出現(xiàn)缺陷或者使管坯表面原有的缺陷發(fā)展擴大。 切

52、向剪變形往往是造成毛管內(nèi)外表面產(chǎn)生缺陷原因之一(如裂紋、折迭、離層等缺陷)。金屬在變形區(qū)中，做機械運動的同時還伴隨著扭轉變形，主要是由于管坯軋制變形時，任意截面轉速都存在著差異。管坯任意截面轉速公式：,nm.x= *,DB.x,εx,dx,nx*cosα* ηT.x,,*,式中 nmx—變形區(qū)內(nèi)軋件任一截面的轉速，r/min；dx—變形區(qū)內(nèi)軋件任一截面的直徑，mm；εx—變形區(qū)內(nèi)任一截面的橢圓系數(shù),55,10.正

53、常穿孔需滿足的條件：,a.穿孔對管坯要求,管坯質(zhì)量的好壞是決定鋼管質(zhì)量的基本因素，為了保證穿孔過程的正常進行和獲得高質(zhì)量的鋼管，必須對管坯的幾何尺寸，高低倍組織和表面狀態(tài)等提出嚴格的要求管坯直徑過大或者橢圓度過大，會使穿孔時咬入條件變壞，還會由于管坯直徑壓縮量大而促使內(nèi)折的產(chǎn)生。內(nèi)部組織主要是指縮孔和中心疏松、非金屬夾雜的聚集，氣體的含量等，這種要求的嚴格程度，隨鋼管的用途和鋼種不同而異。最重要的是管坯的表面質(zhì)量，因為在管坯

54、上的任何缺陷都會帶到鋼管上，而且有缺陷的地方往往造成應力集中，通過塑性變形將使缺陷加深加長。大量生產(chǎn)實際證明，鋼管內(nèi)外表面缺陷常常是由于非金屬夾雜物集聚造 成的。非金屬夾雜物常分布于晶界上，從而減弱晶粒間的聯(lián)系，使金屬塑性降低 ，最終導致破裂而出現(xiàn)缺陷),56,b.穿孔對加熱要求加熱均勻，達到初軋溫度，晶粒細小，均勻單一相等,c.穿孔對穿孔機要求1.軋輥之間的距離（穿孔質(zhì)量）2.導板之間的距離（穿孔質(zhì)量）3.軋輥、導板及軋

55、制中心線一致（穿孔質(zhì)量）4.送進角(穿孔速度）5.軋輥轉速（穿孔速度),d.穿孔對工模具要求1.工模具尺寸規(guī)格2.工模具表面質(zhì)量,57,11.穿孔調(diào)整步驟：,a.加熱：根據(jù)上料單信息選擇加熱工藝，按標準設定各區(qū)加熱溫度，按加熱時間標準翻料，出料，保證標準穿孔節(jié)奏。b.穿孔：1）開機前查檢A. 檢查設備潤滑情況并及時加油，冷卻水是否暢通;B. 檢查傳動設備是否正常，有無障礙物，各聯(lián)接部位是否牢固;C. 檢查頂頭，導板

56、，頂桿、推桿等工模具是否齊全. 2) 主機調(diào)整A.根據(jù)上料單及作業(yè)標準準備工藝參數(shù)和工模具配備；B.檢查軋輥與軋制中心線是否對稱，調(diào)整軋輥距；C. 調(diào)整導板距；D.調(diào)整送進角；E.調(diào)整主電機轉速；F. 調(diào)節(jié)受料槽高低，與導套相適應.,58,c.頂頭加熱，開始試生產(chǎn)，符合如下四個條件才可批量生產(chǎn)：A.管坯咬入平穩(wěn)順利；B.軋機不應超負荷運轉（主要是看電流）；C. 穿孔時頂桿無跳動，頂桿、荒管退回

57、順利；D.荒管尺寸和內(nèi)外表面質(zhì)量符合要求.,3) 穩(wěn)定裝置調(diào)整A.調(diào)節(jié)機內(nèi)輥及抱輥開口大小；B.調(diào)節(jié)出料托輥高低.,59,12.穿孔調(diào)整參數(shù)確定步驟：,（1）根據(jù)軋制表選定頂頭直徑Dt,Dt=dm-△dk,△ dk =（0.075-0.00135 δm ）Dp或△ dk =Dm/（5*√δm）,式中dm、Dm、 δm-------毛管內(nèi)徑、外徑及壁厚，mm△ dk、Dp---毛管內(nèi)擴徑量及管坯直徑，mm,（2）根據(jù)管坯尺寸和材質(zhì)

58、及特點選定頂頭前壓下量εdP,或 經(jīng)驗公式：Dt=Dm-2δm-(3~6),60,tanβ1 + tanβ2,（3）確定軋輥間距BCK,（4）確定頂頭前伸量c 和頂桿位置y,Bck=（1- εdq）,,Dp tanβ2,＋,（Dt + 2 δm ）,,tanβ1,tanβ1 + tanβ2,－,,2（Lt-l3-L3) tanβ1 tanβ2,tanβ1 + tanβ2,,經(jīng)驗公式： Bck=（1-ε）Dp （一般ε取1

59、0%~14%）,3,61,（5）確定導板距離LCK,62,（6）選頂桿直徑Dga和和進出料管（槽）內(nèi)徑,頂桿直徑應盡量選大，以提高其剛度，減小縱向彎曲。通常是在保證頂桿從毛管中抽出方便的前提下（據(jù)此頂桿直徑至少比頂頭直徑小5%），結合頂桿規(guī)格情況，選擇直徑盡可能大的頂桿。進出料管（槽）內(nèi)徑比軋件外徑大20%左右。,（7）送進角α和軋輥轉速ng（或主電機轉速）選定,生產(chǎn)中，應以充分發(fā)揮設備潛力為原則來確定穿制各種管坯所采用的送進角α 和軋

60、輥轉速ng的大小。一般規(guī)律是同一穿孔機中大直徑管坯采用小送進角和低轉速；同一直徑的管坯，薄壁毛管取數(shù)值范圍的上限；對于低塑性和變形抗力高的合金鋼，最理想的是采用低速大送進角的穿孔工藝；如受主電能力和頂桿系統(tǒng)剛度條件的限制，則應采用低速和盡可能大的送進角。,（8）穿孔機的初調(diào)和重調(diào),穿孔機初調(diào)時主要注意兩軋輥的平行和對稱，即兩軋輥軸線與軋制線的距離相等且應位置對稱。同時還注意與軋制線有關的前后臺設備（受料槽、頂桿和定心輥等）的中線應與軋制

61、線一致。按計算的BCK/、LCK和c值初調(diào)穿孔機后，在校車和生產(chǎn)過程中，還需進行下列重調(diào)整：1）如果毛管壁厚不合要求，可相應調(diào)整BCK值，個別情況也可更換頂頭規(guī)格；2）如果毛管外徑不合要求，可在允許范圍內(nèi)調(diào)整LCK值，相應調(diào)整BCK和y 值也有一定效果；3）穿孔過程中，由于工具受熱及操作等原因。會導致BCK、LCK和y 值等發(fā)生變化，故應定期檢查并進行調(diào)整。,63,13.穿孔生產(chǎn)注意事項：,a.穿孔過程中根據(jù)不同規(guī)格、鋼種調(diào)整頂桿內(nèi)冷卻

62、水管冷卻水流量；b.生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)有不正常聲響，或有人緊呼時，應立即停車檢查,待消 除隱患后才能繼續(xù)生產(chǎn)；c.發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，應立即停車檢查,待消除隱患后才能繼續(xù)生產(chǎn)；d.換鋼種、爐號、規(guī)格、調(diào)整參數(shù)時，做好相應的原始記錄;e.鉬頂頭穿一支看一次，頂頭上不得有粘鋼，壓坑和嚴重裂紋；f. 一般普通鋼種采用噴水束節(jié)，防止內(nèi)孔黏鋼。如不采用噴水束節(jié)（如合金鋼：T91、P90、410）的鋼種，鉬頂頭必須涂玻璃粉，要求玻

63、璃粉涂抹要薄而均勻； g.停車時間較長后，必須在穿孔生產(chǎn) 前將穿孔機各部分運轉一次。,,64,四、斜軋穿孔缺陷種類及預防措施,檢驗對像：荒管檢驗工具：千分尺、游標卡尺、手電筒及外卡尺。缺陷種類：1、尺寸超差(直徑、壁厚不符合要求）； 2、表面質(zhì)量（裂紋、螺紋、雀皮、麻坑等）。檢驗目的：1、區(qū)分不合格品； 2、根據(jù)檢驗結果調(diào)整穿孔參數(shù)。

64、檢驗方法：逐支檢驗荒管尺寸檢驗標準：,荒管尺寸檢驗標準,65,荒管尺寸偏差調(diào)整方法：,66,避免不均勻變形增加的調(diào)整方法及優(yōu)劣順序,當穿孔出現(xiàn)某一質(zhì)量問題時，調(diào)整的方法可能會有好幾種，應盡量選擇避免使不均勻變形增加的較優(yōu)調(diào)整方法，避免不均勻變形的增加的調(diào)整方法及優(yōu)劣順序。,67,15. 品質(zhì)缺陷產(chǎn)生原因及預防方法,,,68,,,69,,70,,71,,72,,73,,,74,,,75,76,,77,,,78,79,荒管壁厚不均的

65、兩種形態(tài),1.橫向?qū)ΨQ性壁厚不均,從示意圖可看出，穿孔毛管的橫向壁厚構成厚邊和薄邊，并且逐漸過渡的對稱性分布，壁厚的最大值和最小值幾乎成180°，如果將橫截面上的壁厚值沿周向展開，可看出最大壁厚與最小壁厚之間是逐漸過渡的。,,,,,min,max,2. 縱向螺旋形壁厚不均,穿孔毛管壁厚的縱向分布有大螺旋和小螺旋兩種形態(tài)。管坯加熱出現(xiàn)陰陽面時，陰面和陽面金屬塑性出現(xiàn)差異，加上穿孔時毛管或大或小地產(chǎn)生扭轉變形而導致大螺旋；軋制中心

66、與機械中心偏移時，進行管坯軋制，管坯會做螺旋運動導致小螺旋的產(chǎn)生。大螺旋與小螺旋的波峰重合時，出現(xiàn)壁厚最大值，大螺旋與小螺旋的波谷重合時，出現(xiàn)壁厚最小值?；墓芸v向壁厚偏差不能代表整支荒管的壁厚均勻性。（下螺旋分布規(guī)律與荒管表面螺距存在一定關系，螺距為管坯每前進半圈前進的量，S=Dmπtanγ /2，γ 為送進角）。,毛管壁厚大螺旋和小螺旋示意圖,軋制中心與機械中心偏離示意圖,80,五、荒管平頭操作流程,待切除缺陷,清理鋸屑,清理毛刺,8