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,左右兩個主動導盤以及中間的一個隨動頂頭構成。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.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，與材料的性質無關，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部的變形,是直觀看不到的變形，是由于材料中內應力所引起的,是增大材料的變形應力,引起材料中產生的缺陷，主要有扭轉變形、縱向剪切變形等,這種變形會降低產品質量并增加能量消耗，所以在實際生產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)內實現的。變形區(qū)是由軋輥、頂頭、導盤構成.整個變形區(qū)為一個較復雜的幾何形狀，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（決定于工具設計和軋機調整)將導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，一邊壓下，因此是連軋過程，這個區(qū)段的變形參數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）但橫向變形受到導盤的阻止

6、作用,縱向延伸變形是主要的.導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外表面質量，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，靠旋轉的軋輥逐漸減小直徑上的壓下量到零,而把毛管轉圓，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“孔腔”中心疏松

7、穿孔工藝被廣泛用于無縫鋼管的生產始于1884年,兩名鍛工(曼內斯曼兄弟）在生產中發(fā)現旋轉橫鍛出現“孔腔”這一重要現象。由于高速的自轉產生離心力，同時由于管坯旋轉使其同一部位受到軋輥的壓應力和導盤的拉應力不斷轉換形成的交變應力,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)域內金屬產生一個向外的運動趨勢，但由于內部復雜的應力作用達到平衡，并沒有產生動作或產生局部較小破裂現象.當有外力作用于中心時就打破了內部的復雜應力平衡,使內部金屬順利的向外運動，這就是穿孔的基礎。斜軋實心管坯時，在頂頭接觸管坯前常易出現金屬中心破裂現象,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，會造成大量的內折，惡化鋼管內表面質量,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的壓縮量（稱為單位壓縮量)，生產中指頂頭前壓縮量.頂頭前壓縮量愈大則變形不均勻程度也愈大，導致管坯中心區(qū)的切應力和拉應力增加,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

9、致管坯中心的橫向拉應力、切應力以及反復應力增加，加劇了孔腔的形成趨勢3.單位壓縮次數的影響在生產中主要指管坯從一次咬入到二次咬入過程中管坯的旋轉次數,次數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成分、金屬冶煉質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導盤形成外封閉圓，再由中間的一個隨動頂頭形成內封閉圓,這樣就形成了一個環(huán)狀封閉孔型.封閉孔型的調整-橢圓度（包括軋輥上壓下和下壓上和導盤）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，對應不同鋼級的鋼種調整不同的橢圓度,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生的交變應力的匹配，這主要是在經驗數據的基礎上多加考慮軋輥和導盤的大小，如果使用的軋輥和導盤磨損過大也就是尺寸過小了，要在經驗數據的基礎上另加調整。例如，使用的軋輥直徑在1000以下了，比經常使用的要小不少,這時如果還使用常用參數就可能導致交變應力幅度過大，容易造成孔腔從而使金屬變形中的金屬流動產生斷

11、續(xù)、不連續(xù)，造成毛管頭部局部出現內折等密集的小缺陷.對此情況,應該在軋制節(jié)奏和實際條件允許范圍內，放軋輥-使接觸面積減小,減小阻力，使交變應力幅度減小，同時可以提高軋輥轉速或者適當減小導盤轉速。具體情況視實際情況而定。各參數的調整在車型調整完畢后，一般會因各種情況對設備進行相應的微調,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鍵的參數，因為它是鋼管軋制的基礎。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軋輥轉速：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)。轉速增大毛管前進速度增大,旋轉速度也增大，一般是在設備負荷能力范圍內配合出料節(jié)奏進行調整。需要注意與導盤轉速配合。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。在本工序正常調整范圍內可考慮連軋負荷進行調整.導盤絲杠: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。導盤轉速：兩個主動導盤在軸向起導向作用,在

13、軸向上產生拉力，與軋輥同時作用使坯料產生交變應力從而產生中心疏松，需要注意與軋輥轉速匹配，以免使金屬流動不順暢產生缺陷.頂頭前壓下:頂頭伸過軋制帶的長度，配合軋輥導盤形成封閉孔型,即能影響壁厚也能影響外徑。前伸量大,擴徑小，壁厚減??；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，在旋轉過程中會出現抖動，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)奏調好三輥延時,使頂桿抖動限制在最小。托輥延時：根據毛管的長度，調好托輥延時,使其過V5檢測，以免帶不出,最好調到毛管能過脫棒前輥，放置帶不走或者跳頂桿。 硼砂參數:硼砂量,壓力，時間三個參數根據毛管內表面積確定（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，連軋預穿頂出金屬液為佳.調整的基本原則是毛管幾何尺寸滿足軋管機組的要求，壁厚均勻且內外表面良好.調整的方法可以參考下表（表中沒有涉及到前進角的調整）原 因輥 距導 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小（增加)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?。┒嘣黾油鈴?、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?。p?。┤?、頂頭消耗及質量

15、缺陷頂頭是穿孔工藝中關鍵工具也是消耗最多的工具，同時也是能引發(fā)各種質量缺陷的工具.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、頂頭自身化學成分和熱處理工藝，熱處理工藝決定頂頭壽命。3、管坯材質，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.質量缺陷簡要 內折：在鋼管的內表面上呈現直線或螺旋、半螺旋形的鋸齒狀缺陷。產生原因：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；穿孔機參數調整不當；穿孔輥老化等。內結疤：鋼管內表面呈現斑疤，一般不生根易剝落。產生原因：1) 石墨潤滑劑中帶有雜質。2） 管后端鐵耳,被壓