[發明專利]一種四輥斜軋穿孔機

有效

• 申請號: 201410558310.5
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN104259208B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 王克川;張志勇
• 申請（專利權）人: 太原普萊設工程技術有限公司
• 主分類號: B21B19/04
• 分類號: B21B19/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無縫鋼管斜軋穿孔技術領域，具體涉及四輥斜軋穿孔機。

背景技術

目前在無縫鋼管生產領域廣泛采用的生產設備是二輥斜軋穿孔機和三輥斜軋穿孔機。

二輥斜軋穿孔機按其輥形不同可分為桶形輥（輥式）穿孔機、錐形輥（菌式）穿孔機和盤形輥（盤式）穿孔機三種（參看圖1）。二輥斜軋穿孔機一般在輥縫之間配置導板或導盤，形成封閉的變形區。但不管采用哪種形式的軋輥，在穿孔過程中軋件的中心部位都可能出現孔腔現象?？浊坏某霈F和繼續擴展是產生內部缺陷的主要原因。這些缺陷在后續的工序中不但難以消除，而且還會進一步擴大，甚至導致金屬完全破壞,致使一些薄壁管、低塑性鋼管和合金管難以在二輥穿孔機上穿孔。

通過對軋件在這三種輥形系統中的受力狀態分析，都是在兩個方向相反的徑向壓力和頂頭軸向力作用下，其直徑方向受到反復壓縮和擴張，中心部分材料受到反復拉、壓和剪切應力作用，當達到剪切屈服極限時便產生塑性變形，當超過剪切強度極限時，便引起破裂而產生孔腔。

三輥斜軋穿孔機與二輥斜軋機穿孔的區別是在頂頭前管坯中心部分只承受三向壓應力而不存在交變的拉應力和壓應力，因此消除了管坯中心被撕裂的趨勢。在三輥穿軋機上，軋輥形成一個近似封閉的圓孔型（參看圖2)，不需要像在二輥穿孔軋機上為保持管坯在中心線上和限制金屬切向流動，必須裝設導板或導盤。因此采用三輥穿孔機穿孔就消除了現有二輥穿孔機存在的缺點，不僅消除了不利的金屬應力狀態，而且還取消了阻止管坯旋轉所引起軸向滑移增加和過大能量消耗的導板與導盤。

三輥軋制過程中，軋件變形實際上是從圓到圓三角形再規圓的過程。三輥軋機不像二輥安裝有導板，因此它不具有封閉的變形區。在坯料通過軋輥進行軋制的過程中，要產生交變的彎曲應力。這個彎曲應力使金屬在各軋輥之輥縫間產生凸脹，使坯料斷面周期性地形成三角形。根據分析，在軋制力作用下，輥縫間管壁的彎曲力與壁厚的平方成反比，與管子的平均直徑成正比。在相同的壓力作用下，直徑與壁厚比值D/S大的，也就是相對壁厚較薄的管子，在輥縫處的管壁彎曲應力值要比厚壁管大，因此易于達到塑性彎曲值。另外，在相同的軋制力作用下，比值越大，單位壓力也越大。因此， D/S比值越大，管尾三角形效應也越顯著。實踐證明，當D/S比值超過11～12時，便會形成嚴重的管尾三角（參看圖3）。三角形的管尾會引起軋卡、管壁層裂和環狀層裂。嚴重時卡在輥縫間造成軋卡。三輥穿孔機由于軋件在中心部分不存在交變的拉應力和壓應力，軋件中心不會產生疏松區，不利于提高穿孔速度、減少力能消耗和工具磨損。

綜上所述，斜軋穿孔技術是利用了軋輥通過碾軋揉搓對軋件施加交變的拉壓應力，使軋件中心出現組織結構疏松狀態，頂桿順勢頂穿實心管坯完成穿孔工作。但如何既能合理利用這一成形原理，又能有效抑制孔腔和有效避免分層，提高毛管質量和成材率是多年來一直困擾該領域的主要技術難題之一。曾經也有不少通過控制送進角或軋輥轉速來避免孔腔和分層發生的成功案例，但帶來的問題是要么規圓不足，毛管內外表面出現嚴重的螺紋缺陷，要么軋速過低，不能適應熱成形溫區窄的材料對軋速的要求。實踐證明，二輥斜軋穿孔機不能抑制孔腔和分層，三輥斜軋穿孔機能避免孔腔，但問題是軋件中心材料無疏松區容易造成頂頭過快磨損，而且薄壁毛管容易產生管尾三角形甚至造成軋卡，外表面折疊也時有發生。

二輥、三輥斜軋穿孔機主要缺陷分析：

1、咬入困難——二輥斜軋穿孔機由于咬入角過大，咬入條件不好，當管坯接觸到頂頭時軋件與軋輥打滑，造成軋卡。三輥斜軋穿孔機由于軋件只承受三向壓應力，中心組織不會出現疏松狀態，當管坯接觸到頂頭時，過大的軸向壓力也會使軋件與軋輥產生打滑，造成頂頭磨損過快。

2、孔腔——二輥斜軋穿孔機由于是兩個軋輥對軋件進行輾軋穿孔，交變拉壓應力使軋件中心疏松，由于材料扭轉變形過大，不能對產生的裂紋及時焊合，中心組織撕裂，形成孔腔。

3、內折——孔腔形成后，由于材料扭轉變形過大，不能對產生的裂紋及時焊合，穿孔毛管孔內表面材料產生折疊。

4、內分層——是由二輥斜軋穿孔機穿孔時，穿孔毛管與頂頭接觸的內表面和與軋輥接觸的外表面的材料密度不同而產生扭轉變形量嚴重不一致，又不能對其剪切界面及時焊合，穿孔毛管產生內表面部分或全部與基體分離。

5、外折——是由三輥斜軋穿孔機穿孔時，穿孔毛管受周期性三個軋輥施加交變的彎曲應力作用，產生環狀孔腔，又不能對其進行及時焊合，穿孔毛管孔外表面材料產生折疊。