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第一個不穩定過程—為管坯前端金屬逐步充滿變形區,即從管坯同軋輥開始接觸(一次咬入)到前端金屬出變形區,這個階段中存在著一次咬入和二次咬入。
穩定過程—這是穿孔過程的主要階段,從管坯前端金屬充滿變形區到管坯尾端金屬開始離開變形區為止。
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8#,10#,15#,20#,25#,30#,35#,45#,20Cr,35Cr,40Cr,45Cr,50Cr,15Mn,16Mn(Q345B),50Mn,65Mn,
Q235B(A3)15CrMo,20CrMo,35CrMo,42CrMo,5CrMnMo,38CrMoAL,YF45MnV,Cr12MoV,Gr15,40Mn2,45Mn2,
60Si2Mn,20CrMnTi,20MnTiB,ML35,T8A,T9A,T10A,T11A,T12A,T13A,3Cr2W8V,20CrMnMo,40CrMnMo,
20CrNiMo,27SiMn
無縫鋼管材質：10#、20#、35#、45#、20G、Q345、40Cr、20Gr、16Mn-45Mn、27SiMn、Cr5Mo、
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第二個不穩定過程—為管坯尾端金屬逐漸離開變形區到金屬全部離開軋輥為止。
穩定過程和不穩定過程有著明顯的差別,在生產中可以很容易看到毛管頭尾尺寸和中間部分尺寸有差別,一般是毛管前端直徑大、尾端橢圓度大,而中間部分尺寸是一致的。造成頭部直徑大的原因是:前端金屬在逐漸充滿變形區,金屬同軋輥接觸面上的曳入摩擦力是逐漸增加的,到完全充滿變形區才達到大值,特別是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少,橫向變形增加,加上沒有外端限制,從而導致前端直徑大。雖然三個過程有所區別,但他們是在同一變形區中完成的,規律是相同的。
穿孔變形過程的四個區段
穿孔變形區大致可分為四個區段。
Ⅰ區稱之為穿孔準備區,(軋制實心圓管坯區)。Ⅰ區的主要作用是為穿孔作準備和順利實現二次咬入。這個區段的變形特點是: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,其坯料波面由圓形變成橢圓形,一部分金屬軸向延伸,主要使表層金屬發生形變,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。該段的變形參數一般用 d/D表示。
Ⅱ區稱為穿孔區,該區的作用是穿孔,即由實心坯變成空心的毛管,該區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,這個區段的變形參數以壁厚相對壓下量來表示,壁厚上被壓下的金屬,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。
穿孔變形過程的四個區段
Ⅲ區稱為碾軋區,該區的作用是碾軋均整、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。軋件橫截面在此區段也是橢圓形,并逐漸減小。
穿孔變形過程的四個區段
Ⅳ區稱為歸圓區。該區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,該區長度很短,在這個區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。
穿孔變形過程的四個區段
斜軋穿孔運動學
斜軋穿孔運動學的特征是:穿孔機軋輥向同一方向旋
轉,軋輥軸線相對于軋制線傾斜,圓管坯進入軋輥后,一方
面被金屬與軋輥之間的摩擦力帶動,作反軋輥旋轉方向的旋
轉,同時由于軋輥軸線對管坯軸線(軋制軸線)有一傾角(前進
角),管坯又沿軸向移動,故呈螺旋運動。表示螺旋運動的基
本參數有:切向運動速度、軸向運動速度和管坯每半轉的位
移值(稱螺距)。
軋輥軸線和軋制線相交點的速度存在著以下的關系。如交點上軋輥圓周速度為W,則W可分解為兩個分量:
(1)切向旋轉速度VB (2)軸向前進速度UB
式中D為所討論截面軋輥的直徑,mm;nB為軋輥轉速,r/min;α為前進角。在軋制過程中,由于管坯靠軋輥帶動而運動,理論上軋輥將把相應的速度傳給金屬,使金屬產生和Vb相等的切向速度Vm及和UB相等的軸向速度UM。
實際上兩者并不相等,因金屬和軋輥之間存在滑動。兩者用滑移系數來表示相差的程度。管坯(金屬)實際切向和軸向速度應為:
式中分別為切向和軸向滑移系數,兩者都小于1。
在生產中有實際意義的是毛管離開軋輥時的軸向速度,軸向出口速度愈大,生產能力也愈高。如果代表出口處滑移系數,則按式(1)、(2)求出的VM和UM為毛管離開軋輥的切向和軸向速度。生產實踐證明,凡是增加頂頭和導板軸向阻力的因素,都會使減小,凡是增大軋輥曳入摩擦力的因素都會使增加。根據生產和實驗測定,二輥斜軋穿孔時(出口)一般為0.5~0.9。
斜軋穿孔運動學
使管坯轉動的力平衡條件
二輥斜軋穿孔時使管坯轉動的力平衡條件用下式表示(頂頭摩擦阻力矩的影響很小,忽略不計):
式中和為切向前滑區和后滑區的摩擦力矩;MP為軋輥正壓力產生的阻力矩;ML為來自導板的摩擦力矩。圖2是管坯旋轉時的受力分析。
由式(3)看出,只有切向后滑區中的摩擦力矩為帶動管坯旋轉的力矩,而其他力矩都是阻止管坯旋轉的力矩。因此,在切向上存在著較大的后滑區是實現管坯轉動的必要條件。
二輥斜軋穿孔變形區中的軸向作用力
二輥斜軋穿孔變形區中的
軸向作用力如圖3所示作用在
管坯軸向上力的平衡條件可用
下式表示:
式中P1x,P2x為軋輥進出口錐上正壓
力的軸向分量;Tx為軋輥上摩擦力;TLx為
作用在導板上的正壓力和摩擦力的軸
向分量;Q為頂頭軸向阻力。
管坯軸向運動是Tx作用的結果,因為P1x和P2x值很小。其他作用力都是阻止金屬軸向移動的力。Tx要帶動管坯作軸向移動,則Tx的方向必須和金屬運動方向相一致。這要求軋輥軸向速度大于金屬軸向移動速度,即整個變形區或變形區中絕大部分須為后滑區,金屬的軸向移動條件才能建立。
當軸向阻力增加時,如果穿孔過程還能建立,要達到新的力平衡條件,坯料的軸向移動速度必然降低。其結果是,一方面金屬和軋輥之間的滑動增加, 減小,導致Tx增大,另一方面由于
