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二輥斜軋穿孔機 我有新說法
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二輥斜軋穿孔機是由兩個相對軋制線傾斜布置的桶形軋輥、兩個固定不動的導板(或導輥)和一個位于其中間的頂頭所構成的“環形封閉孔型”對管坯進行穿孔的穿孔機。

1背景介紹


1891年德國曼內斯曼兄弟發明周期式軋管機時為穿孔鋼錠,才將軋輥輥型確定下來。其特征是軋輥由導向、穿孔、輾軋、減徑和定徑四段組成。在穿孔和輾軋兩段之間有一個很短的柱狀段,導位裝置為導輥。這種輥型的穿孔機稱為“曼氏穿孔機”。

現在常用的二輥斜軋穿孔機,是斯蒂弗爾于1905年完成的自動軋管機組中采用的。軋輥由兩個錐體以大直徑端對接而成,即桶形輥,導位為導板。

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2結構特點


穿孔機由主機架、軋輥主傳動、前臺和后臺組成。前臺設有受料槽和推鋼裝置,后臺有頂桿支持和定心裝置。現代化的穿孔機為提高生產率,頂桿在完成一根毛管的穿孔之后,與毛管一起被拔出軋制線,從毛管中抽出后,進入循環運送系統,經冷卻后從軋制線另一側拔入軋制線,開始另一個工作循環。

我國自動軋管機組中的二輥斜軋穿孔機,沒有頂桿循環運送系統。頂桿固定在推力支座上,在穿孔時,頂桿有推力支座支持,使頂頭處于穿孔工作位置。一個毛管穿完后,推力支座將頂桿自毛管中抽出,毛管被拔出軋制線后,推力支座將頂桿送至工作位置,進行下一根毛管的穿孔。

頂桿和頂頭的結合有兩種方式,一種是頂頭用螺紋擰接在頂桿的前端,頂頭因磨損或更換產品規格而需要更換時,連同頂桿一起更換;另一種方式是頂頭由人工置于穿孔機孔喉處的下導板上,頂桿由推力支座送到工作位置,當管坯被軋輥咬人時,頂頭落在頂桿前端的上,完成穿孔一根毛管后,頂頭落在下導板上,由人工更換頂頭,頂桿由推力支座施出毛管。

穿孔機的機架在我國有兩種結構形式。一種是軋輥和軸承座安裝在兩個轉鼓內,轉動轉鼓可調整喂入角。在臥式配置軋輥的穿孔機上,轉鼓安裝在軋線兩側的牌坊內;在立式布置軋輥的穿孔機上,轉鼓布置在機架的4個支柱之間,軋制線的上方和下方。前一種形式的穿孔機需要換輥時,打開機架上蓋,用吊車逐個吊出軋輥。后一種穿孔機換輥時,先將上軋輥落坐在下軋輥上,機架上蓋打開,用吊車將上、下軋輥一次吊出。

穿孔機機架上配制有導位裝置,導位與軋輥構成近乎于封閉的空間,稱為“孔型”。我國有兩種形式的導位裝置,一種是導板,是廣泛應用的;另一種是大導盤,驅動的大導盤直徑約為軋輥直徑的兩倍,其緣面運動速度大于毛管軋出速度。

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3斜軋時的孔腔形成


鍛造實心圓毛坯時,每錘鍛一次,圓毛坯繞本身軸線轉動一下,因此圓毛坯在徑向受到連續的錘鍛和壓縮。每次錘鍛時,徑向的壓縮量稱為單位壓縮量。因橫向鍛造時,單位壓縮量小,因此發生表面變形(圓毛坯橫鍛試驗證明,單位壓縮量小于6%時,則發生表面變形)。由于連續地多次徑向壓縮,當徑向總壓縮量達到一定數值時,毛坯軸心部位便出現撕裂。下圖為5CrNiMo鋼在1 100~850℃溫度范圍內鍛造后,其中心部位產生撕裂的情形。


三輥斜軋穿孔機斜軋穿孔試驗證明,頂頭前管坯中心部位從未發現有孔腔形成現象。下圖為三輥斜軋穿孔機和二輥斜軋穿孔機穿孔軋卡試樣。


由軋卡試樣可知,三輥穿孔頂頭前管坯中心部位無孔腔產生,而二輥穿孔頂頭前管坯中心部位產生了孔腔。下圖中a所示為三輥穿孔管坯中心在橫向只受軋輥外力作用產生壓應力,而無拉應力;圖中b所示為二輥穿孔管坯中心在軋輥外力作用方向,產生壓應力,在導板方向受拉應力,在交變拉、壓應力的作用下,導致中心產生撕裂。


二輥斜軋穿孔時,軋輥與軋件縱向接觸f可為細長窄條,因此軋輥對管坯作用力近似于集中載荷,又因為軋輥每旋轉半圈的壓下量小(約小2%~4%),從而造成表面變形。下圖為斜軋圓管坯在外力P作用下管坯橫斷面的圖示。


由圖可知,管坯的一部分受軋輥的直接作用,即所謂直接作用區;另一部分受軋輥的間接作用,該部分稱為間接作用區。由于載荷集中,直接作用區的應力獲得優先發展,應力值較大;而在隨著離開集中載荷作用下的直接作用區所形成的間接作用區中,由于應力分布在比直接作用區接觸面積大得多的面積上,因此應力分散,其值急劇下降。由此不難看出,斜軋穿孔時,表面首先產生塑性變形,而隨著接近坯料中心其塑性變形逐漸減小,表面變形的金屬優先向橫向擴展(橫斷面由圓形變成橢圓形)和縱向延伸。由于縱向表面變形的結果,在管坯端部形成漏斗形凹陷。可見,無論表面變形或縱變形,其結果乃導致外層變形的金屬具有很大的流動速度,造成“拉”中間區域金屬向橫向擴展及縱向延伸。所以斜軋穿孔變形是極不均勻的變形,在管坯中心產生很大的拉應力(橫向),該力是形成孔腔的主要應力。

參考資料

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