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介紹了衡陽(yáng)華菱鋼管（集團(tuán)）有限公司108分廠錐形穿孔技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用情況，重點(diǎn)介紹了108分廠二輥錐形穿孔機(jī)、穿孔輥型、導(dǎo)板、頂頭及穿孔滾花的設(shè)計(jì)和加工操作要點(diǎn)。該技術(shù)的開(kāi)發(fā)成功解決了三輥軋管機(jī)組生產(chǎn)鋼管的表面裂紋問(wèn)題，使產(chǎn)量提高30%以上。

1前言

衡陽(yáng)華菱鋼管（集團(tuán)）有限公司原④108mm三輥軋管機(jī)組建于1989年，技術(shù)改造前產(chǎn)量為6.6萬(wàn)tVa。由于該機(jī)組產(chǎn)品中厚壁管大部分為機(jī)加工用管，隨著用戶設(shè)計(jì)的鋼管加工余量越來(lái)越少，鋼管外表面及近表面的裂紋、發(fā)紋等缺陷可能會(huì)留在成品或半成品管表面，導(dǎo)致廢品增加。為此，2003年初，對(duì)④108mm機(jī)組進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造，將主要工藝流程“三輥穿孔→三輥軋管→三輥微張力減徑”改為“二輥錐形穿孔→三輥軋管→三輥微張力減徑”。技改后試生產(chǎn)當(dāng)月即恢復(fù)了大部分品種、規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)，第3個(gè)月即打破了月產(chǎn)量的歷史記錄。在隨后1年多的時(shí)間里，108分廠利用技改后工藝、設(shè)備的優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)了大量的產(chǎn)品品種、規(guī)格。成品規(guī)格范圍擴(kuò)展到45~133mm×6.45~28.00mm，產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量大幅度提高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力明顯增強(qiáng)，生產(chǎn)能力達(dá)到8萬(wàn)tVa。錐形穿孔技術(shù)在中厚壁鋼管生產(chǎn)中的應(yīng)用取得成功。

2二輥錐形穿孔機(jī)與三輥軋機(jī)管機(jī)配置

二輥錐形穿孔機(jī)是結(jié)合斯蒂芬爾穿孔機(jī)和狄舍爾穿孔機(jī)設(shè)計(jì)上的優(yōu)點(diǎn)，于20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的一種新型錐形穿孔機(jī)。二輥錐形穿孔機(jī)的軋輥為錐形，其軋輥直徑由入口向出口方向逐漸增大，與穿孔時(shí)的金屬流動(dòng)速度逐漸增至一致，因此減少了作用在管坯上的周向剪切力，有利于減少內(nèi)外表面缺陷，可穿制高合金鋼及管壁較薄的毛管，為軋管機(jī)提供高質(zhì)量的毛管。同時(shí)，在三輥軋管機(jī)前配置二輥錐形穿孔機(jī)，可靈活分配穿孔、軋管及微張力減徑三大工序的延伸系數(shù)。加大二輥錐形穿孔機(jī)延伸率，可以減少三輥軋管機(jī)的變形量，從而減輕三輥軋管機(jī)因變形量過(guò)大帶來(lái)的鋼管外表面裂紋；此外，控制適量的微張力減徑總減徑率，還可確保中厚壁管在微張力減徑時(shí)內(nèi)孔規(guī)圓[1]。因此，在三輥軋管機(jī)前配置二輥錐形穿孔機(jī)，不但有利于提高穿孔毛管外表面質(zhì)量，而且有利于后續(xù)工序工藝優(yōu)化，內(nèi)外表面質(zhì)量及幾何尺寸都得到改善。

實(shí)踐證明，三輥斜軋穿孔機(jī)對(duì)坯料質(zhì)量要求較高，這給坯料供應(yīng)和生產(chǎn)組織帶來(lái)極大不便，而108分廠二輥錐形穿孔機(jī)通過(guò)采用大的送進(jìn)角（15°）和輾軋角（15），即使使用具有中心疏松的連鑄坯，仍能穿制出合格鋼管。顯然，二輥錐形穿孔對(duì)坯料的適應(yīng)性比三輥斜軋穿孔強(qiáng)。

3二輥錐形穿孔的主要變形工具

3.1軋輥

在輥型設(shè)計(jì)時(shí)采用了入口錐長(zhǎng)小于出口錐長(zhǎng)，入口錐角小于出口錐角的錐型輥型21。由于出口錐長(zhǎng)度較大，而軋輥的輥長(zhǎng)與輥徑之比較大，進(jìn)而促使毛管在較長(zhǎng)的出口錐變形區(qū)內(nèi)得到充分輾軋，因而改善了毛管質(zhì)量。

軋輥尺寸由以下經(jīng)驗(yàn)公式確定：

（1）軋輥高點(diǎn)直徑：Do=（5~6）Dommx

（2）軋輥總長(zhǎng)：L=（0.7~1.0）Do

（3）入口錐長(zhǎng)度：L1=（0.4~0.5）L（4）出口錐長(zhǎng)度：L2=（0.5~0.6）L

（5）最小軋輥直徑：Dnmin=Do-2Litga-（DB-E）/cosa

（6）最大軋輥直徑Dmax=Do+2 L1tga-（DR-E）/cosa式中，a為輾軋角；E為軋輥間距；DR為毛管直徑；DB為管坯直徑。108分廠二輥錐形穿孔機(jī)軋輥形狀及部分尺寸見(jiàn)圖1。

3.2頂頭

在二輥穿孔時(shí)，頂頭前管坯中心部分承受著拉、壓應(yīng)力的反復(fù)作用及剪切應(yīng)力的共同作用。當(dāng)這些應(yīng)力超過(guò)金屬的強(qiáng)度極限時(shí)，管坯中心會(huì)被撕裂形成孔腔。在④108mm機(jī)組中厚壁管產(chǎn)品中，合金鋼及低變形性能材料所占比例較大，為了解決穿孔毛管的內(nèi)表面質(zhì)量問(wèn)題，采用了較大的送進(jìn)角和輾軋角，以抑制軋件二次咬入前的孔腔現(xiàn)象，由于錐形穿孔時(shí)，送進(jìn)角及輾軋角越大，切向剪切力越小，當(dāng)送進(jìn)角與輾軋角選擇適宜后，切向剪切可完全避免。但是，當(dāng)送進(jìn)角或輾軋角分別增加時(shí)，頂頭所受阻力增加，頂頭磨損加劇。這正是頂頭形狀與尺寸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮的。

頂頭由半徑為R的圓弧段、圓錐段（輾軋段）和反錐段組成，見(jiàn)圖2，頂頭前端采用平頭設(shè)計(jì)，頂頭圓弧長(zhǎng)度較大，可使穿孔減壁的過(guò)程緩和，以減小變形過(guò)程的頂頭阻力，降低頂頭磨損。頂頭輾軋錐長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為大于一個(gè)管坯螺距（約80mm），毛管任一截面都在變形區(qū)頂頭輾軋段軋制2次，保證了毛管的均壁和平整，輾軋段錐角較軋輥出口錐角稍大，這主要考慮由于送進(jìn)角影響使軋輥實(shí)際工作錐角增大，輾軋段實(shí)際上只分配很小的減壁值。

反錐段長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選取，并考慮到與頂桿的裝配方式，一般取10mm即可。

3.3導(dǎo)板

導(dǎo)板不僅對(duì)軋件的入口、出口進(jìn)行導(dǎo)向，還直接參與變形，因此其外表形狀要與變形匹配，適應(yīng)金屬的流動(dòng)。導(dǎo)板的過(guò)渡帶位于軋輥的孔喉位置，與機(jī)器中心線重合，導(dǎo)板工作面長(zhǎng)度約為變形區(qū)實(shí)際長(zhǎng)度，而且導(dǎo)板工作面入口段及出口段的長(zhǎng)度分別與變形區(qū)入口段及出口段長(zhǎng)度大致相等。同時(shí)，在導(dǎo)板尺寸設(shè)計(jì)時(shí)要盡量使軋輥和導(dǎo)板邊緣間隙小，以達(dá)到封閉孔型的目的。如果間隙過(guò)大或?qū)О暹吘壢睋p，穿孔時(shí)會(huì)出現(xiàn)鏈帶。

4穿孔軋輥滾花

軋輥入口錐部分采用滾花處理，增大了軋輥和軋件之間的摩擦，以利于管坯咬入。由于108分廠產(chǎn)品為厚壁管，延伸系數(shù)小，因此滾花的深度、長(zhǎng)度、角度布置對(duì)穿孔生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。如果滾花深度不夠，則軋件摩擦力不夠，易前卡；如果滾花過(guò)深，影響鋼管表面質(zhì)量，尤其對(duì)高壓鍋爐管的壓扁性能影響極大；滾花區(qū)過(guò)短，易后卡；滾花區(qū)過(guò)長(zhǎng)，影響鋼管表面質(zhì)量。此外，滾花設(shè)置與送進(jìn)角、輾軋角密切相關(guān)。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，108分廠二輥錐形穿孔機(jī)在送進(jìn)角為15°、輾軋角為15°及穿孔滾花深度Hmin≤0.2mm時(shí)，出現(xiàn)前卡；而滾花深度Hamx≥1.0mm時(shí)，穿孔毛管表面出現(xiàn)微裂。此外，滾花的影響與輥距等調(diào)整參數(shù)也有關(guān)。108分廠穿孔滾花間距為2.5mm，其方向由上到下與輥軸成30°，前段部分滾花深度為0.6mm，后段部分深度為0.4mm，滾花長(zhǎng)度控制在軋輥前端到高點(diǎn)前80mm。

5結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，錐形穿孔技術(shù)在中厚壁鋼管生產(chǎn)中是可行的，二輥錐形穿孔機(jī)與三輥軋管機(jī)及三輥微張力減徑機(jī)的配置是成功的。二輥錐形穿孔技術(shù)在中厚壁鋼管生產(chǎn)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，不但有利于提高穿孔毛管外表面質(zhì)量，而且有利于后續(xù)工序的工藝優(yōu)化，使內(nèi)外表面質(zhì)量及幾何尺寸都能得到改善。