穿孔工藝認識

1、6/6對穿孔工藝的認識一、概要塑性變形一般來說就是使坯料在一定溫度環(huán)境下通過專門的模具,使金屬產(chǎn)生連續(xù)順暢的流動使其變形以達到要求的幾何形狀的過程。穿孔就是把圓斷面坯料穿制成毛管的變形過程。我廠使用的穿孔機為狄舍爾二輥斜軋穿孔機，其封閉孔型由上下兩個相對軋線傾斜的軋輥,左右兩個主動導(dǎo)盤以及中間的一個隨動頂頭構(gòu)成。工藝流程不考慮輸送及工具更替,有效工藝環(huán)節(jié)有:坯料加熱-高壓水除鱗熱定心穿孔吹硼砂.坯料加熱:使坯料達到最佳可塑溫度，是整個鋼管軋制的基礎(chǔ).高壓水除鱗：除去熱坯料的外氧化鐵皮，減小穿制的阻力。熱定心:提高低塑性鋼的可塑性，有效減小穿孔時的軸向阻力,減輕頂頭耗損。吹硼砂：除去毛管的內(nèi)表面

2、氧化物，為連軋減小阻力穿孔中的金屬變形1.基本變形完全是幾何尺寸的變化，是直觀的變形，與材料的性質(zhì)無關(guān)，而且基本變形取決于變形區(qū)的幾何形狀.2附加變形指的是材料內(nèi)部的變形,是直觀看不到的變形，是由于材料中內(nèi)應(yīng)力所引起的,是增大材料的變形應(yīng)力,引起材料中產(chǎn)生的缺陷，主要有扭轉(zhuǎn)變形、縱向剪切變形等,這種變形會降低產(chǎn)品質(zhì)量并增加能量消耗，所以在實際生產(chǎn)中如何來減小附加變形是很重要的。斜軋穿孔整個過程可以分為三個階段，即不穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)定第一個不穩(wěn)定過程管坯前端金屬逐漸充滿變形區(qū)階段，即管坯同軋輥開始接觸（一次咬入）到前端金屬出變形區(qū)，這個階段存在一次咬入和二次咬入.穩(wěn)定過程這是穿孔過程主要階段,從管坯

3、前端金屬充滿變形區(qū)到管坯尾端金屬開始離開變形區(qū)為止.第二個不穩(wěn)定過程為管坯尾端金屬逐漸離開變形區(qū)到金屬全部離開軋輥為止穩(wěn)定過程和不穩(wěn)定過程有著明顯的差別,這在生產(chǎn)中很容易觀察到的.如一只毛管上頭尾尺寸和中間尺寸就有差別，一般是毛管前端直徑大，尾端直徑小,而中間部分是一致的.頭尾尺寸偏差大是不穩(wěn)定過程特征之一。造成頭部直徑大的原因是:前端金屬在逐漸充滿變形區(qū)中，金屬同軋輥接觸面上的摩擦力是逐漸增加的，到完全充滿變形區(qū)才達到最大值,特別是當管坯前端與頂頭相遇時，由于受到頂頭的軸向阻力，金屬向軸向延伸受到阻力，使得軸向延伸變形減小，而橫向變形增加，加上沒有外端限制，從而導(dǎo)致前端直徑大。尾端直徑小，是

4、因為管坯尾端被頂頭開始穿透時,頂頭阻力明顯下降，易于延伸變形,同時橫向展軋小,所以外徑小。雖然三個過程有所區(qū)別,但他們都在同一個變形區(qū)內(nèi)實現(xiàn)的。變形區(qū)是由軋輥、頂頭、導(dǎo)盤構(gòu)成.整個變形區(qū)為一個較復(fù)雜的幾何形狀，大致可以認為,橫斷面是橢圓形,到中間有頂頭階段為一環(huán)形變形區(qū).縱截面上是小底相接的兩個錐體,中間插入一個弧形頂頭.變形區(qū)形狀決定著穿孔的變形過程,改變變形區(qū)形狀（決定于工具設(shè)計和軋機調(diào)整)將導(dǎo)致穿孔變形過程的變化。穿孔變形區(qū)大致可分為四個區(qū)段(摘文)區(qū)稱之為穿孔準備區(qū)。區(qū)的主要作用是為穿孔作準備和順利實現(xiàn)二次咬入。這個區(qū)段的變形特點是:由于軋輥入口錐表面有錐度，沿穿孔方向前進的管坯逐漸在

5、直徑上受到壓縮，被壓縮的部分金屬一部分向橫向流動,其坯料波面有圓形變成橢圓形,一部分金屬軸向延伸,主要使表層金屬發(fā)生形變，因此在坯料前端形成一個“喇叭口”狀的凹陷。此凹陷和定心孔保證了頂頭鼻部對準坯料的中心,從而可減小毛管前端的壁厚不均.區(qū)稱為穿孔區(qū)，該區(qū)的作用是穿孔,即由實心坯變成空心的毛管,該區(qū)的長度為從金屬與頂頭相遇開始到頂頭圓錐帶為止。這個區(qū)段變形特點主要是壁厚壓下，由于軋輥表面與頂頭表面之間距離是逐漸減小的，因此毛管壁厚是一邊旋轉(zhuǎn)，一邊壓下，因此是連軋過程，這個區(qū)段的變形參數(shù)以直徑相對壓下量來表示，直徑上被壓下的金屬，同樣可向橫向流動（擴徑）和縱向流動（延伸）但橫向變形受到導(dǎo)盤的阻止

6、作用,縱向延伸變形是主要的.導(dǎo)盤的作用不僅可以限制橫向變形而且還可以拉動金屬向軸向延伸，由于橫向變形的結(jié)果，橫截面呈橢圓形.區(qū)稱為碾軋區(qū),該區(qū)的作用是碾軋均整、改善管壁尺寸精度和內(nèi)外表面質(zhì)量，由于頂頭母線與軋輥母線近似平行，所以壓下量是很小的,主要起均整作用。軋件橫截面在此區(qū)段也是橢圓形，并逐漸減小。區(qū)稱為歸圓區(qū)。該區(qū)的作用是把橢圓形的毛管，靠旋轉(zhuǎn)的軋輥逐漸減小直徑上的壓下量到零,而把毛管轉(zhuǎn)圓，該區(qū)長度很短,在這個區(qū)變形實際上是無頂頭空心毛管塑性彎曲變形，變形力也很小。變形過程中四個區(qū)段是相互聯(lián)系的，而且是同時進行的，金屬橫截面變形過程是由圓變橢圓再歸圓的過程二、重要環(huán)節(jié)及參數(shù)“孔腔”中心疏松

7、穿孔工藝被廣泛用于無縫鋼管的生產(chǎn)始于1884年,兩名鍛工(曼內(nèi)斯曼兄弟）在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)橫鍛出現(xiàn)“孔腔”這一重要現(xiàn)象。由于高速的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，同時由于管坯旋轉(zhuǎn)使其同一部位受到軋輥的壓應(yīng)力和導(dǎo)盤的拉應(yīng)力不斷轉(zhuǎn)換形成的交變應(yīng)力,管狀斷面軋件在中心會形成一個中心疏松區(qū)域,形成孔腔。區(qū)域內(nèi)金屬產(chǎn)生一個向外的運動趨勢，但由于內(nèi)部復(fù)雜的應(yīng)力作用達到平衡，并沒有產(chǎn)生動作或產(chǎn)生局部較小破裂現(xiàn)象.當有外力作用于中心時就打破了內(nèi)部的復(fù)雜應(yīng)力平衡,使內(nèi)部金屬順利的向外運動，這就是穿孔的基礎(chǔ)。斜軋實心管坯時，在頂頭接觸管坯前常易出現(xiàn)金屬中心破裂現(xiàn)象,當大量裂口發(fā)展成相互連接,擴大成片以后,金屬連續(xù)性破壞，形成中心空

8、洞即孔腔.在頂頭前過早形成孔腔，會造成大量的內(nèi)折，惡化鋼管內(nèi)表面質(zhì)量,甚至形成廢品，因此在穿孔工藝中力求避免過早形成孔腔。影響孔腔形成的主要因素有：1.變形的不均勻性(頂頭前壓縮量)不均勻變形程度主要決定于坯料每半轉(zhuǎn)的壓縮量（稱為單位壓縮量)，生產(chǎn)中指頂頭前壓縮量.頂頭前壓縮量愈大則變形不均勻程度也愈大，導(dǎo)致管坯中心區(qū)的切應(yīng)力和拉應(yīng)力增加,從而容易促進孔腔的形成。一般用臨界壓縮量來表示最大壓縮量值的限制,壓縮量小于臨界壓縮量則不容易或不形成孔腔.2.橢圓度的影響穿孔過程中在管坯橫斷面上存在著很大的不均勻變形，橢圓度愈大，則不均勻變形也愈大.按照體積不變定律可知，橫向變形愈大則縱向變形愈小,將導(dǎo)

9、致管坯中心的橫向拉應(yīng)力、切應(yīng)力以及反復(fù)應(yīng)力增加，加劇了孔腔的形成趨勢3.單位壓縮次數(shù)的影響在生產(chǎn)中主要指管坯從一次咬入到二次咬入過程中管坯的旋轉(zhuǎn)次數(shù),次數(shù)的增多就容易形成孔腔。4。鋼種本身塑性鋼的自然塑性由鋼的化學(xué)成分、金屬冶煉質(zhì)量以及金屬組織狀態(tài)所決定,而組織狀態(tài)又由管坯加熱溫度和時間所影響.一般來說塑性低的金屬，穿孔性能差,容易產(chǎn)生孔腔封閉孔型我廠使用的是狄舍爾二輥斜軋穿孔機，穿孔軋制是由上下兩個相對軋線傾斜的軋輥和左右兩個主動旋轉(zhuǎn)導(dǎo)盤形成外封閉圓，再由中間的一個隨動頂頭形成內(nèi)封閉圓,這樣就形成了一個環(huán)狀封閉孔型.封閉孔型的調(diào)整-橢圓度（包括軋輥上壓下和下壓上和導(dǎo)盤）以及頂頭前壓下要使金屬

10、在穿孔過程中能連續(xù)順暢的流動變形，適宜的橢圓度是很重要的，對應(yīng)不同鋼級的鋼種調(diào)整不同的橢圓度,也就是我們常說的“車型。高鋼級的鋼種，其塑性較低不易穿制，橢圓度小點,頂頭前壓下小點；低鋼級的橢圓度稍大,頂頭前壓下大點.其中需要注意的是軋輥和導(dǎo)盤速度的匹配，不僅要考慮軸向前進速度，還要顧及兩者對坯料產(chǎn)生的交變應(yīng)力的匹配，這主要是在經(jīng)驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上多加考慮軋輥和導(dǎo)盤的大小，如果使用的軋輥和導(dǎo)盤磨損過大也就是尺寸過小了，要在經(jīng)驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上另加調(diào)整。例如，使用的軋輥直徑在1000以下了，比經(jīng)常使用的要小不少,這時如果還使用常用參數(shù)就可能導(dǎo)致交變應(yīng)力幅度過大，容易造成孔腔從而使金屬變形中的金屬流動產(chǎn)生斷

11、續(xù)、不連續(xù)，造成毛管頭部局部出現(xiàn)內(nèi)折等密集的小缺陷.對此情況,應(yīng)該在軋制節(jié)奏和實際條件允許范圍內(nèi)，放軋輥-使接觸面積減小,減小阻力，使交變應(yīng)力幅度減小，同時可以提高軋輥轉(zhuǎn)速或者適當減小導(dǎo)盤轉(zhuǎn)速。具體情況視實際情況而定。各參數(shù)的調(diào)整在車型調(diào)整完畢后，一般會因各種情況對設(shè)備進行相應(yīng)的微調(diào),使軋制更順利進行。坯料溫度：溫度在整個鋼管軋制過程中是最關(guān)鍵的參數(shù)，因為它是鋼管軋制的基礎(chǔ)。適宜的溫度代表的是良好的塑性，更能抵消部分因為工具的自身缺陷或是調(diào)整不佳帶來的弊端。簡單說，良好的溫度環(huán)境是金屬連續(xù)順暢流動變形的基礎(chǔ)軋輥轉(zhuǎn)速：由于軋輥是傾斜放置的,所以在軋輥與坯料接觸點的速度可以分解為軸向和周向（垂直于

12、軋線)。轉(zhuǎn)速增大毛管前進速度增大,旋轉(zhuǎn)速度也增大，一般是在設(shè)備負荷能力范圍內(nèi)配合出料節(jié)奏進行調(diào)整。需要注意與導(dǎo)盤轉(zhuǎn)速配合。軋輥角度:一般在815，角度增大，毛管軸向速度增大，周向（旋轉(zhuǎn)方向）速度減小。一般節(jié)奏快的角度大，節(jié)奏慢的角度?。桓咪摷壗嵌刃?，低鋼級角度大。軋輥上下：分為上壓下和下壓上，配合導(dǎo)盤形成外封閉圓，注意橢圓度.主要影響壁厚，放大則壁厚大，壓小則壁厚小，用于壁厚微調(diào)。在本工序正常調(diào)整范圍內(nèi)可考慮連軋負荷進行調(diào)整.導(dǎo)盤絲杠:配合軋輥形成外封閉圓，主要影響外徑,放大則外徑大,縮小則外徑小，注意橢圓度。同樣在本工序正常前提下，配合連軋進行微調(diào)。導(dǎo)盤轉(zhuǎn)速：兩個主動導(dǎo)盤在軸向起導(dǎo)向作用,在

13、軸向上產(chǎn)生拉力，與軋輥同時作用使坯料產(chǎn)生交變應(yīng)力從而產(chǎn)生中心疏松，需要注意與軋輥轉(zhuǎn)速匹配，以免使金屬流動不順暢產(chǎn)生缺陷.頂頭前壓下:頂頭伸過軋制帶的長度，配合軋輥導(dǎo)盤形成封閉孔型,即能影響壁厚也能影響外徑。前伸量大,擴徑小，壁厚減小；前伸量小，擴徑大，壁厚增大。 三輥定心：由于頂桿過長而且其剛度不夠，在旋轉(zhuǎn)過程中會出現(xiàn)抖動，如果抖動過大則可影響壁厚，因此需要三輥的限制.配合節(jié)奏調(diào)好三輥延時,使頂桿抖動限制在最小。托輥延時：根據(jù)毛管的長度，調(diào)好托輥延時,使其過V5檢測，以免帶不出,最好調(diào)到毛管能過脫棒前輥，放置帶不走或者跳頂桿。 硼砂參數(shù):硼砂量,壓力，時間三個參數(shù)根據(jù)毛管內(nèi)表面積確定（通過毛管

14、長度和壁厚大概估算,不必嚴格計算）?？捎^察尾焰和前焰以及連軋預(yù)穿時是否頂金屬液來確定:尾焰吹出半米后向上,且尾焰旺盛，前焰有即可，連軋預(yù)穿頂出金屬液為佳.調(diào)整的基本原則是毛管幾何尺寸滿足軋管機組的要求，壁厚均勻且內(nèi)外表面良好.調(diào)整的方法可以參考下表（表中沒有涉及到前進角的調(diào)整）原 因輥 距導(dǎo) 距頂 前 量壁厚稍微厚減小-壁厚稍微薄增加壁厚太厚減小增加壁厚太薄增加減小外徑太大增加（減?。┰黾油鈴教p?。ㄔ黾?減小外徑稍微大減小外徑稍微小增加外徑、壁厚都太大(增加或減小）多增加外徑、壁厚都太?。ㄔ黾踊驕p小)多減小外徑太大、壁厚太小多增加-(增加）外徑太小、壁厚太大多減小（減?。┤?、頂頭消耗及質(zhì)量

15、缺陷頂頭是穿孔工藝中關(guān)鍵工具也是消耗最多的工具，同時也是能引發(fā)各種質(zhì)量缺陷的工具.頂頭使用的好不僅能減少成本消耗更能避免質(zhì)量事故的發(fā)生。影響頂頭壽命的因素:1、頂頭在穿孔過程中,頂頭承受著交變熱應(yīng)力、摩擦力及機械力的作用，力的大小影響頂頭的壽命。2、頂頭自身化學(xué)成分和熱處理工藝，熱處理工藝決定頂頭壽命。3、管坯材質(zhì)，合金含量越高，變形抗力越大，頂頭壽命越低;4、穿孔時間和管坯長度，穿孔時間越長，頂頭溫度越高,頂頭越容易變形和損壞.質(zhì)量缺陷簡要 內(nèi)折：在鋼管的內(nèi)表面上呈現(xiàn)直線或螺旋、半螺旋形的鋸齒狀缺陷。產(chǎn)生原因：1） 管坯加熱不均、溫度過高或過低、加熱時間過長或過短。管坯：。) 中心疏松、偏析;縮孔殘余嚴重;非金屬夾雜物超標3） 穿孔區(qū)域:頂頭磨損嚴重；穿孔機參數(shù)調(diào)整不當；穿孔輥老化等。內(nèi)結(jié)疤：鋼管內(nèi)表面呈現(xiàn)斑疤，一般不生根易剝落。產(chǎn)生原因：1) 石墨潤滑劑中帶有雜質(zhì)。2） 管后端鐵耳,被壓