1背景介紹

1891年德國(guó)曼內(nèi)斯曼兄弟發(fā)明周期式軋管機(jī)時(shí)為穿孔鋼錠，才將軋輥輥型確定下來(lái)。其特征是軋輥由導(dǎo)向、穿孔、輾軋、減徑和定徑四段組成。在穿孔和輾軋兩段之間有一個(gè)很短的柱狀段，導(dǎo)位裝置為導(dǎo)輥。這種輥型的穿孔機(jī)稱(chēng)為“曼氏穿孔機(jī)”。

現(xiàn)在常用的二輥斜軋穿孔機(jī)，是斯蒂弗爾于1905年完成的自動(dòng)軋管機(jī)組中采用的。軋輥由兩個(gè)錐體以大直徑端對(duì)接而成，即桶形輥，導(dǎo)位為導(dǎo)板。

2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

穿孔機(jī)由主機(jī)架、軋輥主傳動(dòng)、前臺(tái)和后臺(tái)組成。前臺(tái)設(shè)有受料槽和推鋼裝置，后臺(tái)有頂桿支持和定心裝置。現(xiàn)代化的穿孔機(jī)為提高生產(chǎn)率，頂桿在完成一根毛管的穿孔之后，與毛管一起被拔出軋制線(xiàn)，從毛管中抽出后，進(jìn)入循環(huán)運(yùn)送系統(tǒng)，經(jīng)冷卻后從軋制線(xiàn)另一側(cè)拔入軋制線(xiàn)，開(kāi)始另一個(gè)工作循環(huán)。

我國(guó)自動(dòng)軋管機(jī)組中的二輥斜軋穿孔機(jī)，沒(méi)有頂桿循環(huán)運(yùn)送系統(tǒng)。頂桿固定在推力支座上，在穿孔時(shí)，頂桿有推力支座支持，使頂頭處于穿孔工作位置。一個(gè)毛管穿完后，推力支座將頂桿自毛管中抽出，毛管被拔出軋制線(xiàn)后，推力支座將頂桿送至工作位置，進(jìn)行下一根毛管的穿孔。

頂桿和頂頭的結(jié)合有兩種方式，一種是頂頭用螺紋擰接在頂桿的前端，頂頭因磨損或更換產(chǎn)品規(guī)格而需要更換時(shí)，連同頂桿一起更換；另一種方式是頂頭由人工置于穿孔機(jī)孔喉處的下導(dǎo)板上，頂桿由推力支座送到工作位置，當(dāng)管坯被軋輥咬人時(shí)，頂頭落在頂桿前端的上，完成穿孔一根毛管后，頂頭落在下導(dǎo)板上，由人工更換頂頭，頂桿由推力支座施出毛管。

穿孔機(jī)的機(jī)架在我國(guó)有兩種結(jié)構(gòu)形式。一種是軋輥和軸承座安裝在兩個(gè)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓可調(diào)整喂入角。在臥式配置軋輥的穿孔機(jī)上，轉(zhuǎn)鼓安裝在軋線(xiàn)兩側(cè)的牌坊內(nèi)；在立式布置軋輥的穿孔機(jī)上，轉(zhuǎn)鼓布置在機(jī)架的4個(gè)支柱之間，軋制線(xiàn)的上方和下方。前一種形式的穿孔機(jī)需要換輥時(shí)，打開(kāi)機(jī)架上蓋，用吊車(chē)逐個(gè)吊出軋輥。后一種穿孔機(jī)換輥時(shí)，先將上軋輥落坐在下軋輥上，機(jī)架上蓋打開(kāi)，用吊車(chē)將上、下軋輥一次吊出。

穿孔機(jī)機(jī)架上配制有導(dǎo)位裝置，導(dǎo)位與軋輥構(gòu)成近乎于封閉的空間，稱(chēng)為“孔型”。我國(guó)有兩種形式的導(dǎo)位裝置，一種是導(dǎo)板，是廣泛應(yīng)用的；另一種是大導(dǎo)盤(pán)，驅(qū)動(dòng)的大導(dǎo)盤(pán)直徑約為軋輥直徑的兩倍，其緣面運(yùn)動(dòng)速度大于毛管軋出速度。

3斜軋時(shí)的孔腔形成

鍛造實(shí)心圓毛坯時(shí)，每錘鍛一次，圓毛坯繞本身軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)一下，因此圓毛坯在徑向受到連續(xù)的錘鍛和壓縮。每次錘鍛時(shí)，徑向的壓縮量稱(chēng)為單位壓縮量。因橫向鍛造時(shí)，單位壓縮量小，因此發(fā)生表面變形（圓毛坯橫鍛試驗(yàn)證明，單位壓縮量小于6%時(shí)，則發(fā)生表面變形）。由于連續(xù)地多次徑向壓縮，當(dāng)徑向總壓縮量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，毛坯軸心部位便出現(xiàn)撕裂。下圖為5CrNiMo鋼在1 100～850℃溫度范圍內(nèi)鍛造后，其中心部位產(chǎn)生撕裂的情形。

三輥斜軋穿孔機(jī)斜軋穿孔試驗(yàn)證明，頂頭前管坯中心部位從未發(fā)現(xiàn)有孔腔形成現(xiàn)象。下圖為三輥斜軋穿孔機(jī)和二輥斜軋穿孔機(jī)穿孔軋卡試樣。

由軋卡試樣可知，三輥穿孔頂頭前管坯中心部位無(wú)孔腔產(chǎn)生，而二輥穿孔頂頭前管坯中心部位產(chǎn)生了孔腔。下圖中a所示為三輥穿孔管坯中心在橫向只受軋輥外力作用產(chǎn)生壓應(yīng)力，而無(wú)拉應(yīng)力；圖中b所示為二輥穿孔管坯中心在軋輥外力作用方向，產(chǎn)生壓應(yīng)力，在導(dǎo)板方向受拉應(yīng)力，在交變拉、壓應(yīng)力的作用下，導(dǎo)致中心產(chǎn)生撕裂。

二輥斜軋穿孔時(shí)，軋輥與軋件縱向接觸f可為細(xì)長(zhǎng)窄條，因此軋輥對(duì)管坯作用力近似于集中載荷，又因?yàn)檐堓伱啃D(zhuǎn)半圈的壓下量小（約小2%～4%），從而造成表面變形。下圖為斜軋圓管坯在外力P作用下管坯橫斷面的圖示。

由圖可知，管坯的一部分受軋輥的直接作用，即所謂直接作用區(qū)；另一部分受軋輥的間接作用，該部分稱(chēng)為間接作用區(qū)。由于載荷集中，直接作用區(qū)的應(yīng)力獲得優(yōu)先發(fā)展，應(yīng)力值較大；而在隨著離開(kāi)集中載荷作用下的直接作用區(qū)所形成的間接作用區(qū)中，由于應(yīng)力分布在比直接作用區(qū)接觸面積大得多的面積上，因此應(yīng)力分散，其值急劇下降。由此不難看出，斜軋穿孔時(shí)，表面首先產(chǎn)生塑性變形，而隨著接近坯料中心其塑性變形逐漸減小，表面變形的金屬優(yōu)先向橫向擴(kuò)展（橫斷面由圓形變成橢圓形）和縱向延伸。由于縱向表面變形的結(jié)果，在管坯端部形成漏斗形凹陷。可見(jiàn)，無(wú)論表面變形或縱變形，其結(jié)果乃導(dǎo)致外層變形的金屬具有很大的流動(dòng)速度，造成“拉”中間區(qū)域金屬向橫向擴(kuò)展及縱向延伸。所以斜軋穿孔變形是極不均勻的變形，在管坯中心產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力（橫向），該力是形成孔腔的主要應(yīng)力。