工藝技術(shù)穿孔工藝認(rèn)識

1、對穿孔工藝的認(rèn)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

2、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

3、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)定一穩(wěn)定 不穩(wěn)定第一個不穩(wěn)定過程一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)定過程一這是穿孔過程主要階段，從管坯前端金屬充滿變 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)定過程一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

4、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(dāng)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(rèn)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)?？v截面

5、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）I區(qū)稱之為穿孔準(zhǔn)備區(qū)。I區(qū)的主要作用是為穿孔作準(zhǔn) 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(zhǔn)坯料的中心，從而可減 小毛管前端的壁厚不均。H區(qū)稱為穿孔區(qū)，該

6、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。皿區(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

7、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。W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、重要環(huán)節(jié)及參數(shù) “孔腔”中心疏松穿 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)

8、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(dāng) 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(dāng)大量裂口發(fā)展成相互連接

9、，擴 大成片以后，金 屬連續(xù)性破壞，形 成中心空洞即孔腔。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

10、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)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

11、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 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，

12、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

13、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(dāng) 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

14、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(fù)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 8 15，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) 奏慢的角度小；高 鋼級角度小，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(fù)荷進行調(diào)整。導(dǎo)盤絲杠：

15、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 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。頂頭前壓下三輥定心：托輥延時：硼砂參數(shù)：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??；前伸量小，擴徑大， 壁厚增大。由于頂桿過長而且其剛

16、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。根據(jù) 毛 管的長 度 ，調(diào) 好 托 輥延 時 ， 使其 過 V05 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（通過毛管長度和壁厚大概估算，不必 嚴(yán) 格計算）?？?觀 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

17、方法可以參考下表（表中沒有涉及到前進角的調(diào)整）5天距距頂前量壁厚稍微厚減小一一壁厚稍微薄一一壁厚太厚減小一增加壁厚太薄增加一減小外徑太大增加（減小）增加外徑太小減?。ㄔ黾樱p小外徑稍微大一減小一外徑稍微小一增加一外徑、壁厚都 太大（增加或 減小）一多增加外徑、壁厚都 太小（增加或 減?。┮欢鄿p小外徑太大、壁 厚太小多增加一（增加）外徑太小、壁 厚太大多減小一（減?。┤㈨旑^消耗及質(zhì)量缺陷頂 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

18、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 ：。2) 中 心 疏松、 偏 析； 縮 孔殘余 嚴(yán) 重；非金 屬夾 雜 物超標(biāo)3) 穿孔區(qū)域：頂頭磨損嚴(yán)重；穿 孔機參數(shù)調(diào)整不當(dāng)；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