生产流程培训课件(热穿孔)_.ppt

热穿孔生產流程培训讲义 華新麗華股份有限公司 四、斜轧穿孔缺陷种类及预防措施 三、管坯斜轧穿孔介绍 二、管坯加热介绍 一、热穿孔主要流程 内容概要 五、荒管平头操作流程荒管平头操作流程 2 華新麗華股份有限公司 一、热穿孔主要流程一、热穿孔主要流程 收料收料 是否平头是否平头 是否剥皮是否剥皮 是否合格是否合格 锯切 管坯检验修磨 管坯入库 定心 平头 管坯验收管坯验收 管坯加热管坯轧制荒管检验 是否合格是否合格 剥皮 是否平头是否平头平头 是否平头是否平头平头 不合格品入库 荒管入库 不合格品退库 是是 否否 是是 否否 是是 否否 是是 否否 是是 否否 缺陷深度超标缺陷深度超标 3 華新麗華股份有限公司 1.1.管坯加热概述：管坯加热概述： 对于热加工来说，最重要的是掌握在加热过程中金属内部发对于热加工来说，最重要的是掌握在加热过程中金属内部发 生的各种变化，这首先决定于加热制度，加热制度的好坏直接影响荒生的各种变化，这首先决定于加热制度，加热制度的好坏直接影响荒 管品质。管品质。 管坯加热的根本目的在于为穿孔准备良好的加工组织和改善金管坯加热的根本目的在于为穿孔准备良好的加工组织和改善金 属性能。一方面加热可使管坯转变为有足够的塑性和低的变形抗力属性能。一方面加热可使管坯转变为有足够的塑性和低的变形抗力 的材料；另一方面在加热过程中可以改善钢的组织性能。的材料；另一方面在加热过程中可以改善钢的组织性能。 管坯的加热一般分为低温加热阶段和高温加热阶段。低温加热往管坯的加热一般分为低温加热阶段和高温加热阶段。低温加热往 往是加热一些特殊合金钢的关键时期，因为这些钢具有低的热传导性能往是加热一些特殊合金钢的关键时期，因为这些钢具有低的热传导性能 ，低的塑性，因此，在选择加热速度时必须考虑金属的导热性、热应力，低的塑性，因此，在选择加热速度时必须考虑金属的导热性、热应力 、组织应力、原始应力及钢的组织；高温加热时期是指金属加热到、组织应力、原始应力及钢的组织；高温加热时期是指金属加热到 700800700800以上，这时金属的导热性和塑性显著增加，同时沿断面的温以上，这时金属的导热性和塑性显著增加，同时沿断面的温 差减小了，从而热应力大为减少差减小了，从而热应力大为减少 ，故可采用快速加热。，故可采用快速加热。 2.2.管坯加热目的：管坯加热目的： 二、二、管坯加热介绍 4 華新麗華股份有限公司 管坯加热过程中的热量传导的方式主要有传导，辐射及对流三种。管坯加热过程中的热量传导的方式主要有传导，辐射及对流三种。 传导：管坯与高温炉底（或相邻的高温管坯）之热量的流动，及管坯传导：管坯与高温炉底（或相邻的高温管坯）之热量的流动，及管坯 内部热量的流动都是靠热传导进行。内部热量的流动都是靠热传导进行。 辐射：高温炉气的发出的电磁波通过炉墙和炉顶的折射（或直接）将辐射：高温炉气的发出的电磁波通过炉墙和炉顶的折射（或直接）将 能量传到管坯表面，加热管坯的形式。能量传到管坯表面，加热管坯的形式。 对流：高温区热流到低温区热流相互混合，发生热量交换，并将热量对流：高温区热流到低温区热流相互混合，发生热量交换，并将热量 传导至管坯的表面的形式。传导至管坯的表面的形式。 传导，对流和辐射三种传热方式都与温度差有关，特别是辐射。传导，对流和辐射三种传热方式都与温度差有关，特别是辐射。 加热低温时管坯得到的热量大部分靠对流与传导方式得到热量，而加热低温时管坯得到的热量大部分靠对流与传导方式得到热量，而 在高温时（在高温时（500500度以上）绝对大部分热量依靠辐射传热；温度差稍微提度以上）绝对大部分热量依靠辐射传热；温度差稍微提 高，辐射热量就大大增加，可以快速的提高炉温，增大炉气与管坯的温高，辐射热量就大大增加，可以快速的提高炉温，增大炉气与管坯的温 差，可以快速加热差，可以快速加热 3.3. 热量传导三种方式：热量传导三种方式： 5 華新麗華股份有限公司 溫度溫度 加加熱時間熱時間 minmin 1 1 2 2 3 3 4 4 管管坯加坯加热热制度制度 11炉膛炉膛溫度溫度 2 2、3 3、44钢钢溫溫 实际生产中常用的加热曲线有实际生产中常用的加热曲线有3 3种，如种，如 右图。右图。 曲线曲线2 2是从装炉到出炉温度始终是从装炉到出炉温度始终 不变地以最大的加热速度进行加热，不变地以最大的加热速度进行加热， 称快速加热，对于小直径低碳钢和低称快速加热，对于小直径低碳钢和低 合金钢管坯都可以合金钢管坯都可以对于小直径低碳钢对于小直径低碳钢 和低合金钢管坯都可以采用这种加热和低合金钢管坯都可以采用这种加热 方式。方式。 曲线曲线3 3是考虑到金属在组织转变是考虑到金属在组织转变 中进行均热的加热制度，这种用得很中进行均热的加热制度，这种用得很 少。少。 曲线曲线4 4是采取低温带和高温带是采取低温带和高温带 采用不同的加热速度，这种主要是用采用不同的加热速度，这种主要是用 于低导热性的合金钢及高碳钢。于低导热性的合金钢及高碳钢。 4.4. 管坯加热制度的选择：管坯加热制度的选择： 6 華新麗華股份有限公司 5.5. 管坯加热时间的确定：管坯加热时间的确定： 一方面较长的加热时间可使温度沿管坯横断面和长度分布更均匀，有一方面较长的加热时间可使温度沿管坯横断面和长度分布更均匀，有 利于熔解碳化物，另一方面，加热时间愈长，则晶粒长大愈严重，恶利于熔解碳化物，另一方面，加热时间愈长，则晶粒长大愈严重，恶 化穿孔性能。管坯的高温区加热时间可按下面经验式计算：化穿孔性能。管坯的高温区加热时间可按下面经验式计算： t=kt=k t t * *d dp p ktkt管坯单位加热时间管坯单位加热时间，min/cmmin/cm d dp p管坯直徑，管坯直徑，cmcm 管坯单位加热时间管坯单位加热时间（轧轧坯）坯）min/cm (ktmin/cm (kt值）值） 钢钢种种斜斜底底炉炉（minmin） 步步进进炉（炉（mminin） 碳素碳素钢钢、低合、低合 金金结结构构钢钢 6 6 7 7 5 5 6.56.5 合金合金结结构构钢钢7 7 8 86 6 7 7 中合金中合金钢钢8 8 9 96.56.5 8 8 軸承軸承钢钢1010 11116 6 8 8 不不锈钢锈钢1010 11117 7 1010 7 華新麗華股份有限公司 6.6. 管坯加热温度的确定：管坯加热温度的确定： 随着温度的升高，钢的塑性提高，变形抗力降低，一方面可降低电能随着温度的升高，钢的塑性提高，变形抗力降低，一方面可降低电能 和工具和工具消耗，轧制力减少及设备磨损小，另一方面加热温度受到其它消耗，轧制力减少及设备磨损小，另一方面加热温度受到其它 一些因素影一些因素影响，确定合理的温度应考虑以下诸多因素响，确定合理的温度应考虑以下诸多因素 1 1）温度过高产生过热甚至过烧，当金属过热时晶粒长得很大，从而温度过高产生过热甚至过烧，当金属过热时晶粒长得很大，从而 降低了金属塑性，过烧时使晶界熔化，金属变脆降低了金属塑性，过烧时使晶界熔化，金属变脆 2 2）温度过高，钢的表层脱碳严重）温度过高，钢的表层脱碳严重 3 3）考虑金属烧损钢管的表面质量，温度愈高，氧化铁皮愈厚，过厚的）考虑金属烧损钢管的表面质量，温度愈高，氧化铁皮愈厚，过厚的 氧化铁皮不但增加金属消耗，也会给穿孔带来困难，氧化铁皮轧入金氧化铁皮不但增加金属消耗，也会给穿孔带来困难，氧化铁皮轧入金 属中，降低属中，降低 钢管表面质量钢管表面质量 8 華新麗華股份有限公司 4 4）考虑穿孔过程中温升情况，由于热效应的结果考虑穿孔过程中温升情况，由于热效应的结果 ，穿孔时温度有穿孔时温度有 所升所升高，对于某些高合金钢尤显重要，温升的大小以决定于穿孔速高，对于某些高合金钢尤显重要，温升的大小以决定于穿孔速 度和变量。度和变量。 5 5）考虑轧制品的规格，轧制厚壁管加热温度稍低）考虑轧制品的规格，轧制厚壁管加热温度稍低 6 6）管坯加热还与穿孔顶头材质有关，用钼基顶头穿孔，加热温度要低管坯加热还与穿孔顶头材质有关，用钼基顶头穿孔，加热温度要低 80908090度度 9 華新麗華股份有限公司 7.7. 穿孔管坯加热炉型介绍：穿孔管坯加热炉型介绍： 炉型结构形式优点缺点 斜底炉具有一定斜度的炉 底，圆棒靠自重滚 动送料 1结构简单，占地面积少 1.劳动强度大 2.产量低 2.投资相對少 3.加热不均勻 4.金属烧损大 步进炉靠专用的步进机构 前行送料 1.产量大 1.投资大 2.机械化程度高,節省人力 3.加热质量好 2.设备故障多 4.金属烧损少 10 華新麗華股份有限公司 8.8.常熟华新二厂热穿车间轧加热炉型介绍：常熟华新二厂热穿车间轧加热炉型介绍： 名称参数 加热炉型端进侧出式斜底加热炉侧进侧出式步进梁加热炉 炉膛尺寸180002200220mm270003200350mm 额定温度12501280 正常使用温度 1060120010601250 加热方式燃气式（lng)燃气式（lng) 烧嘴支数8支14支 最大承载量 100t 設計最大產能 6t/h10t/h 工件规格65110mm7001800mm110240mm13003000mm 11 華新麗華股份有限公司 斜底炉示意图斜底炉示意图 炉门 烧 嘴 挡火墙 基础 端进 烧嘴排布示意图 预热9.6米 加热6.15米 均热1.2米 1 2 3 侧 出 1.1m 1.1m1.1m1.1m 1.均热段1区2个烧嘴，东西单独控制 2.加热段2区2个烧嘴由同一个执行器控制 3.加热段3区4个烧嘴由同一个执行器控制 4.斜底炉共11对炉门 12 華新麗華股份有限公司 步进炉烧嘴示意图 入钢槽 侧进 步进方向 出钢槽 4321 侧出 烧嘴排布示意图 预热段12.5米 加热段13米 均热段2米 烧 嘴 挡火墙 2.12.12.12.1 1.均热段2个烧嘴东西单独控制 2.加热段分3个区，共12个烧嘴，每个区4个烧嘴群组控制 2.1 1.8 0.92.1 13 華新麗華股份有限公司 步进炉动/靜樑分布示意图 红红色色代代表表动动粱粱，黑色代表靜粱黑色代表靜粱 一：坯料在槽中一：坯料在槽中 14 華新麗華股份有限公司 一：靜止一：靜止/ /动动粱退回粱退回 二：二：动动粱上升粱上升 三：三：动动粱前行粱前行 四：四：动动粱下降粱下降 步进炉动樑送料示意圖 15 華新麗華股份有限公司 管坯加热能改善组织性能，但是也会产生一些缺陷，譬如金属表管坯加热能改善组织性能，但是也会产生一些缺陷，譬如金属表 面层被氧化而形成氧化铁皮，金属表面脱碳和增碳，而使金属材料表面层被氧化而形成氧化铁皮，金属表面脱碳和增碳，而使金属材料表 面质量降低，增加了金属消耗。面质量降低，增加了金属消耗。 常见管坯加热缺陷主要有：金属氧化、阴阳面、过热及过烧，特常见管坯加热缺陷主要有：金属氧化、阴阳面、过热及过烧，特 别是过烧是不可挽回的，产生过烧，既意味着材料报废。产生加热缺别是过烧是不可挽回的，产生过烧，既意味着材料报废。产生加热缺 陷主要因素是加热时间，加热温度，加热速度及炉内气氛。陷主要因素是加热时间，加热温度，加热速度及炉内气氛。 10.10. 管坯加热过程常见缺陷：管坯加热过程常见缺陷： 9.9. 常熟华新热穿孔加热工艺：常熟华新热穿孔加热工艺： 常熟华新热穿孔现行加热工艺 過熱過熱是是加热温度过高，金属的晶粒将迅速长大加热温度过高，金属的晶粒将迅速长大 从而降低了金属及合金材料的力学性能，这种现象叫过热。从而降低了金属及合金材料的力学性能，这种现象叫过热。 过烧过烧是若变形温度进一步提高，接近金属材料的熔点时，金属晶界产生氧化甚至熔化，锻造时金属及合金沿着晶界产生裂纹是若变形温度进一步提高，接近金属材料的熔点时，金属晶界产生氧化甚至熔化，锻造时金属及合金沿着晶界产生裂纹 ，这种现象，这种现象 是是 过烧过烧 过热可拯救 但是过烧则报废 16 華新麗華股份有限公司 缺陷名称缺陷名称产生原因产生原因荒管品质影响荒管品质影响预防措施预防措施 表面表面氧氧 化化 加热温度过高加热温度过高 1.1.荒管表面荒管表面 质量差；质量差； 2.2.材材 率损耗大率损耗大 高温快速加热高温快速加热 加热时间过长加热时间过长 炉内氧含量偏高炉内氧含量偏高 保证保证炉压微正炉压微正 压压 阴阳面阴阳面 翻钢不及时翻钢不及时 荒管壁厚不荒管壁厚不 均匀均匀 斜底炉每出斜底炉每出5 5 支料，翻钢一支料，翻钢一 次，确保管坯次，确保管坯 旋转旋转180180 烧嘴布局不合理烧嘴布局不合理 调整烧嘴位置调整烧嘴位置 确保管坯加热确保管坯加热 均匀均匀 停车保温时间过停车保温时间过 长长 停车时间过长停车时间过长 ，及时及时拉拉出高出高 温区的管坯温区的管坯。 过热过热 加熱溫度加熱溫度过高过高， 晶粒迅速長大晶粒迅速長大 荒管内表质荒管内表质 量差，容易量差，容易 产生内裂产生内裂 高温快速加热高温快速加热 过烧过烧 管坯温度管坯温度繼續升繼續升 高，接近材料的高，接近材料的 熔點晶界氧化熔點晶界氧化 甚至溶解甚至溶解 材料只能报材料只能报 废废 設備停機設備停機时间时间 过长，高温区过长，高温区 需降温，甚至需降温，甚至 拉料。拉料。 17 華新麗華股份有限公司 三、管坯斜轧穿孔介绍 1 1. .斜轧穿孔发展史斜轧穿孔发展史 1884年发现用斜轧穿孔法生产无缝钢管，1892年发明冲孔方法生 产无缝钢管，后来又发明现用挤压法生产无缝钢管，但至今斜轧穿孔法 在无缝钢管生产中占有最大的比重， 德国两名工人（曼尼施曼兄弟）在锻造圆断面钢料(旋转横锻）实践 活动中，常发现在圆形钢料的中心破裂，形成不规则的内孔，即现在通 称“孔腔”。到1886年正式试验用斜轧穿孔法来生产无缝钢管，当时由于 他们对斜轧穿孔的本质尚未了解，开始试验是用实心圆坯料空轧来获得 内孔（无顶头轧制），从而得到管子内径很小，内壁很粗糙，不能应用 ，而成为废料。后来在实践中不断摸索，提出加顶头的斜轧穿孔法，通 过试验，加顶头后所得的管子内孔扩大了，内壁也较光滑了，正式生产 出当时工业所需要的无缝钢管。但那时生产的钢管主要是厚壁毛管，不 管在表面质量，几何精度上以及机械性能上都是很差，随着工业的发展 ，对钢管的质量要求也越来越高，后来经过几十年的不断改进，才生产 出现今各行业所使用的各种无缝钢管。 18 華新麗華股份有限公司 2.2. 管坯穿孔机组类型介绍：管坯穿孔机组类型介绍： 穿孔机的结构和穿孔过程的变形特点，可将现有的穿孔机类型分类如下： a.a.按按轧辊形轧辊形式分式分类类 1.1.锥锥式穿孔式穿孔机机 2.2.桶式穿孔桶式穿孔机机 3.3.盘盘式穿孔式穿孔机机 19 華新麗華股份有限公司 b.b. 按按轧辊轧辊位置分位置分类类 立式立式穿穿孔机孔机卧式卧式穿穿孔机孔机 c.c. 按按轧辊数量分类轧辊数量分类 二辊穿孔机二辊穿孔机三辊穿孔机三辊穿孔机 20 華新麗華股份有限公司 d.d. 按按变形变形特特点点 f f 纵轧穿孔机纵轧穿孔机斜轧穿孔机斜轧穿孔机 纵轧：由独立构件提供动力，轧纵轧：由独立构件提供动力，轧 辊反向旋转，坯料直行前进。辊反向旋转，坯料直行前进。 斜斜轧轧：由轧辊提供动力，轧辊同由轧辊提供动力，轧辊同 向旋转，坯料螺旋前进。向旋转，坯料螺旋前进。 21 華新麗華股份有限公司 2.2.常熟华新热穿孔机组信息介绍：常熟华新热穿孔机组信息介绍： （1）-轧辊；（2）-导板；（3）-顶头；（4）-顶杆；（5）-管坯；（6）-毛管 二辊卧式斜轧穿孔机 二辊立式斜轧穿孔机 常熟华新机组信息 22 華新麗華股份有限公司 3、二辊斜轧穿孔机的工模具 a、轧辊 它是主传动外变形工具，其辊身形状（辊型）和主要尺寸参数如 图所示。通常辊身分为入口锥、出口锥和轧制带（又称压缩带） 三段。各段的功用是： （1）入口锥（长度l1、入口锥角） 是曳入管坯并实现管坯穿孔； （2）出口锥（长度l2、出口锥角） 是实现毛管减壁、平整毛管表 面、均匀毛管壁厚和完成毛管 归圆； （3）轧制带（宽度l3）是起到從入 口锥到出口锥之间过渡的作用。 1）轧辊主要构成部位和作用 23 華新麗華股份有限公司 b、导板 它是固定不动的外变形工具，不仅起到管坯和毛管的导向作用，使轧 制线稳定，而更重要的是封闭孔型外环、限制毛管横向变形扩径，起到 控制毛管的外径作用。按照金属塑性流动的最小阻力定律，如果没有导板限制 作用，毛管（特别是薄壁毛管）的扩径量将是很大的，这种情况下，穿孔过程 难于实现。导板的形状和主要尺寸如下图所示。通常导板的纵断面形状与轧辊 辊型相类似，可分为入口斜面lb1）、出口外面（ lb2）和过渡带（ lb3）三 段。各段的功用是：（1）入口斜面导入管坯；（2）出口斜面导出毛管并限制 毛管的扩径；（3）过渡带为两斜面间过渡用。 1）导板主要构成部位和作用 24 華新麗華股份有限公司 c、顶头 顶头的形状和主要尺寸如图所示。它是穿孔机内变形工具， 相当于钢环轧机的内辊。工作时顶头靠顶杆的支撑在变形区内轴向 位置固定不变。实践证明，管坯由实心变成空心毛管过程中，轧件 的外径变化不大，而内径由零扩大到要求值的变形主要靠顶头的穿 孔锥来完成。由于顶头担负着很重要的变形任务，又处于受热金属 包围的恶劣的工作条件，因而顶头是对毛管质量和穿孔机生产率都 有重大影响的关键性的工具。 顶头的形状由顶尖l1 （鼻部）、穿孔锥l2、平整段l3和 反锥l4等四段构成。各段的功用是：1）鼻部用来在穿孔时对准管 坯定心孔，便于穿正；同时对管中心施加轴向力，在一定程度上 有利防止预先形成孔腔；2）穿孔锥担负管坯穿孔和毛管减壁的任 务； 3）平整段的锥角等于轧辊 出口锥锥角，它起到毛管 均整壁厚和平整毛管的内外 表面作用；4）反锥的作用 是防止毛管脱离顶头时产生 内划伤。 1）顶头主要构成部位和作用 25 華新麗華股份有限公司 4.斜轧穿孔的变形过程 1 1 2 2 3 3 1.1.轧辊轧辊 2.2.导板导板 3.3.顶头顶头 a.a.斜轧穿孔变形孔型的构成斜轧穿孔变形孔型的构成 二辊立式斜轧穿孔机由上下轧辊，左右导板及钼顶头构成横截面圆环孔二辊立式斜轧穿孔机由上下轧辊，左右导板及钼顶头构成横截面圆环孔 型，纵截面上为小底相接的两个锥体，并保证轧辊中心线，导板中心线型，纵截面上为小底相接的两个锥体，并保证轧辊中心线，导板中心线 及顶头中心线在同一位置。当导板与轧辊之间的间隙过大时，将导致荒及顶头中心线在同一位置。当导板与轧辊之间的间隙过大时，将导致荒 管链带的产生。管链带的产生。 26 華新麗華股份有限公司 b. 穿孔变形区域组成 按在穿孔过程中的作用变形区可划分成四部分：穿孔准备区、穿孔 区、平整区（辗轧区）和归圆区（转圆区）等。 -穿孔准备区;-穿孔区;-平整区（辗轧区）; -归圆区（转 圆区） 斜轧穿孔变形区 27 華新麗華股份有限公司 1)穿孔准备区：是指从管坯开始与轧辊接触起，管坯在轧辊给予的摩擦力 带动下作螺旋运动进入变形区，至管坯前端与顶头鼻部相遇之间的区域（ 图i）。它的作用是：（1）实现管坯的一次咬入；（2）为管坯继续进入 变形区积累足够大的剩余摩擦力，即克服顶头阻力，实现二次咬入；（3 ）使管坯中心处于特殊的应力状态，造成有利于顶头切入管坯的组织状态 ；（4）附带的作用是使管坯的前端形成一个漏斗状的凹穴，便于顶头对 中定心。 2)穿孔区：是指对应於顶头鼻部和穿孔锥部分的区域（图ii）。它的主要 任务是进行管坯穿扎和毛管减壁。穿孔变形主要在此区域内完成。故顶头 的鼻部和穿孔锥的工作条件最恶劣。 3)平整区：是指顶头平整段所对应的变形区部分（图iii）。在此区内由 于轧辊出口锥母线与顶头平整段母线接近平行，因此毛管管壁通过此区域 起到平整毛管内外表面和均匀毛管壁厚的作用。 4)归圆区：是指毛管脱离顶头后仅与轧辊接触的部分（图iv）。它的作用 是靠轧辊将椭圆形断面毛管螺旋加工成圆形。 28 華新麗華股份有限公司 c.斜轧穿孔过程 轧制过程是一个独特的连轧过程，管坯毛管咬入后 ，由轧辊带动获得螺旋运动，一边旋转、一面前进，并在1/n （ n 为轧辊数目）受轧辊加工一次。如此，依次通过穿孔变 形区的各部分，经受穿孔准备、二次咬入和穿孔、毛管减壁、 平整内外表面和均匀壁厚以及归圆等轧制变形，而获要求尺寸 的毛管。 整个斜轧穿孔过程可分为第一个不稳定过程、稳定过程和 第二个不稳定过程三个阶段。第一个不稳定过程从管坯同轧辊 接触开始，到前端金属穿出变形区；稳定过程是穿孔过程的主 要阶段，从管坯前端充满变形区到管坯尾端开始离开变形区； 第二个不稳定过程为管坯尾端开始离开变形区到完全离开轧辊 。 实际生产过程中，前后轧卡比中卡多，也是不稳定过程特 征之一。轧卡是指穿孔时轧件突然停止前进卡在穿孔机中，不 前进不旋转或只旋转不前进的现象。轧卡分为前卡、中卡和后 卡，发生在第一个不稳定过程中的轧卡叫前卡，发生在第二个 不稳定过程中的轧卡叫后卡；发生在稳定穿孔过程中的轧卡叫 中卡。影响轧卡的因素很多，凡是促进穿孔阻力增大，拽入摩 擦力降低的因素都将促进轧卡。 29 華新麗華股份有限公司 斜轧穿孔动态变形过程（图示） 1.管坯第一次咬入2管坯第二次咬入 为了使穿孔时能顺利咬入管坯和顺利抛出毛管，在进行工具设计 和轧机调整时，要保证：（1）管坯在穿孔准备区内不与导板接触，或 者至少管坯先与轧辊接触形成一定的变形区长度（约30-70mm）后再与 导板接触，以保证二次咬入的实现；（2）毛管离开变形区的程序为毛 管先脱离顶头，再脱离导板，最后离开轧辊。 30 華新麗華股份有限公司 3.3.減減径径，減壁，減壁 4.4.扩径扩径，減壁，減壁 31 華新麗華股份有限公司 5.5.扩径扩径，均均壁壁6.6.转圆转圆成荒管成荒管 32 華新麗華股份有限公司 5.斜轧穿孔变形区几何和调整参数 （1）轧制线 管坯-毛管中心运行轨迹为穿孔轧制线。实际上穿孔机 顶杆的轴线即为轧制线，可通过调整定心辊来实现。 （2）送进角（又称前进角） 二辊卧式斜轧穿孔机的送进角是指轧辊轴线 与轧制线在包含轧制线的垂直平面上投影的夹角。二辊立式斜轧穿孔机的送 进角是上述两线在水平面上投影的夹角。其它斜轧机按此概念类推。送进角 是斜轧中最积极的工艺参数。一般取815。 r -r -送進角送進角33 華新麗華股份有限公司 （3）机器中心线 即穿孔机本身的中心线。有的机组上为使穿孔过 程稳定，以及考虑到下导板更换方便等因素，将轧制线调整得比机器中 心线低3-6mm。 （4）轧辊间距bck 指两轧辊的轧制带之间（即孔喉处）的轧辊间距。 （5）导板间距lck 指两导板过渡带工作面间距。 （6）穿孔机孔型椭圆度系数 指导板距与轧辊距之比，一般取 1.031.15。 = lck/bck 下轧辊 上轧辊 左导板 右导板 34 華新麗華股份有限公司 （7）管坯总直径压下量dp 指管坯从开始咬入时的外径dp与轧辊轧带 处管坯外径的差值。 （8）总压缩率 指管坯总直径压下量与管坯外径之比，一般取值10%-14% 。 dp=dp-bck = x100% dp dp 35 華新麗華股份有限公司 （9）顶头前伸量c 和顶杆位置y 顶头前伸量又称顶头位置 ，是指顶头鼻部伸出轧辊轧制带中线的距离。顶头鼻部伸出轧制带中线c 值为正，而在轧制带中线之后则c值为负。顶杆位置y 是指在轧制方向上 ，轧辊后端面与顶头后端面的间距。实际生产中通过调整y 值来保证获 得需要的顶头前伸量c值。 36 華新麗華股份有限公司 （10）顶头前压下量ddq和顶头前压缩率dq 顶头前压下量是指 管坯刚接触轧辊时的外径与管坯刚接触顶头时的外径之差。顶头前压缩率 是指顶头前压下量 与管坯外径的比值，取值范围为4%9%，一般7%8%。 ddp=dp-bdq bdq=bck+2（c-0.5l3）tan1 dq= ddq dp x100% l3:轧辊压缩带长度；1：轧辊入口角。 37 華新麗華股份有限公司 （11）毛管外扩径量dk和内扩径量dk 毛管外扩径是指毛管外 径dm与管坯外径dp之差；内扩径量是指毛管内径dm与顶头直径dt之差。 dk=dm-dp dk=dm-dt 2 2 38 華新麗華股份有限公司 6.斜轧穿孔运动学斜轧穿孔运动学 a.斜轧穿孔轧辊速度分量 首先，根据穿孔规格及钢种，选首先，根据穿孔规格及钢种，选 择轧辊转速（电机转速），设定择轧辊转速（电机转速），设定 轧辊转速，则轧辊转速，则 v v b=b=db nb/60 轴向速度分量轴向速度分量 v v bxbx = = dbnb sin/60 切向速度分量 vby=dbnb cos/60 db轧辊直径 送进角 nb轧辊转速 v vb b v v byby v v bxbx 39 華新麗華股份有限公司 在轧制过程中，管坯靠轧辊带动作螺旋前进，由于两者速度并非完全相在轧制过程中，管坯靠轧辊带动作螺旋前进，由于两者速度并非完全相 等，一般金属的运动速度小于轧辊速度，即金属和轧辊之间产生滑动，可等，一般金属的运动速度小于轧辊速度，即金属和轧辊之间产生滑动，可 用滑动系数来表示两者的速度差，因此，管坯的速度分量为用滑动系数来表示两者的速度差，因此，管坯的速度分量为 轴向速度分量轴向速度分量 v v bxbx= = o o * *d b b n b b sin/60 切向速度分量 vby by= r r * * d b b n b b cos/60 oo , , , ,分别为轴向和切向滑动系数，一般都分别为轴向和切向滑动系数，一般都 小于小于1.1. 40 華新麗華股份有限公司 在实际生产过程中，由于轧辊为两个锥形，辊面任意一点的速度都会在实际生产过程中，由于轧辊为两个锥形，辊面任意一点的速度都会 存在差异，导致变形区管坯任意截面面上也会产生的速度差异。存在差异，导致变形区管坯任意截面面上也会产生的速度差异。 轧辊轴向速度分量轧辊轴向速度分量 v v b.x.xb.x.x=v=v b b * *sinsin *cos b b =*db.xb.x*n b b *sinn*co*cos b b /60 轧辊切向速度分量轧辊切向速度分量 v v b.x.yb.x.y= =*db.xb.x*n b b *（cos* *cocos b b *cos z z -sin b b *sin z z ）/60 管坯轴向速度分量轴向速度分量 v v m.x.xm.x.x= =*db.xb.x*n b b *sinn* *cocos b b *o.xo.x/60 管坯切向速度分量切向速度分量 v v m.x.ym.x.y= =*db.xb.x*n b b *（cos* *cocos b b *cos z z -sin b b *sin z z ）t.xt.x/60 式中 b b x点的轧辊中心角； z z x点的管坯中心角； o.xo.x、t.xt.x分别表示任一截面轴向、切向滑移系数。 41 華新麗華股份有限公司 总体说来滑移系数在变形区各点都是不同的，凡是使轴向阻力增大，曳入总体说来滑移系数在变形区各点都是不同的，凡是使轴向阻力增大，曳入 磨擦力减小的因素，都将加大滑动，造成质量恶化及电能消耗，简单来说磨擦力减小的因素，都将加大滑动，造成质量恶化及电能消耗，简单来说 ，可以从如下几方面考虑滑动系数的影响因素，可以从如下几方面考虑滑动系数的影响因素: : 1 1）管坯直径：滑动随着管坯直径的增大而增大。因为随着直径增大，匹配）管坯直径：滑动随着管坯直径的增大而增大。因为随着直径增大，匹配 顶头直径和长度比增大，顶头母线陡升程度增大，从而顶头轴向阻力增大顶头直径和长度比增大，顶头母线陡升程度增大，从而顶头轴向阻力增大 2 2）轧辊磨擦系数）轧辊磨擦系数: :轧辊磨擦系数增大而减少。因为磨擦力曳入力与磨擦系轧辊磨擦系数增大而减少。因为磨擦力曳入力与磨擦系 数成正比。数成正比。 3 3）穿孔温度）穿孔温度: :穿孔温度越高，滑动越小。因为温度越高，穿孔阻力越小。穿孔温度越高，滑动越小。因为温度越高，穿孔阻力越小。 4 4）穿孔机调整参数的影响）穿孔机调整参数的影响; ; a.a.顶头前伸量顶头前伸量: :顶头前伸量越大，滑动越大（管坯压下量小，变形区顶头前伸量越大，滑动越大（管坯压下量小，变形区 长度长度减少，变形抗力大）减少，变形抗力大） 42 華新麗華股份有限公司 b.b.轧辊距：轧辊距越大，滑动越大（管坯压下量小，变形区长度减少轧辊距：轧辊距越大，滑动越大（管坯压下量小，变形区长度减少， 变形抗力大）变形抗力大） c.c.导板距：导板距越大，滑动越小（轴向阻力越力导板距：导板距越大，滑动越小（轴向阻力越力） d.d.送进角：送进角越大，滑动越小（轴向速度分量增加，曳入力增加送进角：送进角越大，滑动越小（轴向速度分量增加，曳入力增加） 5 5）工模具的设计因素；）工模具的设计因素； a.a.轧辊入口锥角：轧辊入口锥角越大，滑动越大（变形区变短，曳入力减轧辊入口锥角：轧辊入口锥角越大，滑动越大（变形区变短，曳入力减 少）少） b.b.轧辊直径：轧辊直径越大，滑动越小（接触面积大，曳入摩擦力越大轧辊直径：轧辊直径越大，滑动越小（接触面积大，曳入摩擦力越大） c.c.顶头直径与长度比：顶头径长比越大，滑动越大（轴向阻力越大顶头直径与长度比：顶头径长比越大，滑动越大（轴向阻力越大） d.d.导板入口锥：导板入口锥越大，滑动越小（轴向阻力小导板入口锥：导板入口锥越大，滑动越小（轴向阻力小） 43 華新麗華股份有限公司 a. 咬入定义 斜轧穿孔过程存在着两次咬入： 第一次咬入：是管坯和轧辊开始接触瞬间上由轧辊带动管坯运动而 把管坯曳入变形区中的動作，称为一次咬入。 第二次咬入：是当金属进入变形区到和顶头相遇，克服顶头的轴 向阻力继续进入变形区为二次咬入。 满足第一次咬入条件并不一定能满足第二次咬入条件，生产实际中， 二次咬入当不能克服顶头的轴向阻力时，会看到轧坯在旋转但不能咬 入，就是最好的证明 7.7. 斜轧穿孔咬入条件：斜轧穿孔咬入条件： 44 華新麗華股份有限公司 b.一次咬入条件 一次咬入既要满足管坯旋转条件又要满足轴向前进条件。 管坯旋转条件式确定： mtmpmqmi 式中 mt使管坯旋转的总力矩； mp由于压力产生的阻止坯料旋转力矩； mq由于推料机推力而在管坯后端产生摩擦力矩。 mi管坯旋转的惯性矩 通过系列推导，可得出满足旋转条件的工式如下 式中 f摩擦系數（一般為0.2到0.4） 1轧辊入口锥 送进角 i管坯与轧辊的直径比 由此可看出，对于小直径的坯料，实现旋转并不难，对于二辊式斜轧穿孔 机来讲，主要是要选取一个合适的送进角，才能保证旋转条件的建立。 45 華新麗華股份有限公司 为了保证管坯被曳入的可能性，首先来研究力学上的平衡，既要求曳 入力与轴向阻力平衡。 q+2(tx-tp)=0 q推入力 tx 一个轧辊上提供的摩擦力在x轴上的投影 tp 一个轧辊在管坯上正压力在x轴上的投影 在生产实际中，并不是送进角越大越容易满足第一次咬入条件，甚至 ，在一定范围内完全相反。 管坯一次咬入条件式确定：管坯一次咬入条件式确定： c.c. 管坯二次咬入条件式确定：管坯二次咬入条件式确定： 同样要实现第二次咬入，必须先满足基本力学平衡，既要求曳入力与 轴向阻力平衡。 2（tx-tp)-px+q=0 式中 px 顶头的轴向阻力 由些可见，第二次咬入与第一次咬入的差别，就是要多克服顶头的轴向 阻力。 46 華新麗華股份有限公司 为了保证第二次咬入，可以从以下方面考虑 1）由推钢机构提供一个独立的推力q显得相当重要 2）导板的入口锥角度 ，在严格意义来讲，最好是保证在实现第二次咬入的 前提下 ，管坯不要与导板接触。 3）凡是可以加大管坯在顶头前压下量的都有利于现实第二次咬入，但是， 顶头前的 压下量与荒管的质量是相矛盾，也就是说，要保证质量没有内裂的产生，就 要求在 顶头前的压下量在产生孔腔的临界压下量以内。 在生产实际中，要求保证： 47 華新麗華股份有限公司 8.8. 斜轧穿孔孔腔形成机理：斜轧穿孔孔腔形成机理： a.孔腔形成理论 孔腔是指旋转横锻、横轧和斜轧实心工件时产生的纵向内撕裂 （如下图），有的文献也称它为旋转横锻效应。工件中心产生的纵向 撕裂称为中心孔腔；工件中呈环状的纵向撕裂称环形孔腔。二辊斜轧 、横轧和横锻时产生的多为中心孔腔，三辊斜轧时产生的多为环形孔 腔。 斜轧时孔腔形成机理有三种观点： （1）切应力理论 认为中心撕裂是管坯中心受交 变的剪应力作用的结果，属于韧性断裂。 （2）正应力理论 认为管坯中心撕裂是由于中心金 属拉应力作用的结果，一般属于脆性断裂。 （3）综合应力理论 认为孔腔形成是由于中心部金 属受交变的切应力和很大的横向拉应力综 合作用结果。 48 華新麗華股份有限公司 b.孔腔对穿孔工艺的影响 人们对斜轧过程中的孔腔形成现象的认识有过重大的改变。曼乃斯 曼兄弟根据孔腔形成原理发明了二辊斜轧穿孔机。开始曾试图利用孔腔 形成的原理，不用顶头进行穿孔，但因毛管内孔小、形状不规整和内壁 粗糙等原因而不能实用。于是在穿孔出口变形区放置顶头，穿孔时管坯 先在入口锥内经受较大的直径压缩率，预先产生很大的孔腔，然后在轧 辊出口锥内用顶头进行减壁、扩内孔和平整表面而得到厚壁毛管。 预先形成孔腔是毛管出现内折叠缺陷的根本原因，但仍利用孔腔形 成过程中第一阶段使管坯中心疏松，以减少顶头鼻部的单位压力，便于 穿正和提高顶头寿命。 管坯孔腔图孔腔导致荒管内折图 49 華新麗華股份有限公司 （3）轧件椭圆度 二辊斜轧穿孔中管坯的椭圆度越大，则不均 匀变形程度也越大。按体积不变定律可知，椭圆度越大则纵向变形越 小，横向变形增大将导致管坯中心区的横向拉应力、切应力以及反复 应力作用增加，促进空腔的形成。 （4）加热制度 在加热时要保证管坯具有良好的加工组织、有 较小的热应力以及防止过热和过烧。适当的增加保温时间对穿孔性能有 利。 c.影响孔腔形成的因素 （1）钢的自然塑性 金属自然塑性决定着金属在塑性变形的过程 中产生破裂的倾向，斜轧穿孔中常用“穿孔性能”来表示。 （2）顶头前压缩量 顶头前压缩量 大则变形不均匀性程度也越大 。导致管坯中心区的切应力和拉应力增加，从而容易促进空腔的形成。 50 華新麗華股份有限公司 d.防止过早产生孔腔的措施 （1）采用大送进角 大送进角可显著提高临界压缩率（并 提高实际穿孔速度。根据试验和从金属疲劳强度分析，大送进角 使提高主要是由于：1）减轻变形不均匀性；2）减小轧件在顶头 前受反复应力的循环次数，使不均匀变形引起的拉应力减小，金 属保持较高的疲劳强度。 （2）采用较小的孔型椭圆度系数，对于采用导板或导辊的穿孔机 ，取较小的孔型椭圆度系数值可减小横向变形和由此而产生的横 向拉应力值。 （3）采用小的轧辊入口角 在大送进角条件下 ，采用大的轧辊入口角有利于提高零界压缩率值，这是因为在这 条件下单位压缩率已大于6%，管坯中心已产生较大的塑变形，轧 辊入口角增大将使单位压缩率增大而不均匀变形减小的结果。但 过大的送进角会使变形区太短而破坏其过程的稳定性，故综合考 虑仍应采用较小的轧辊入口角值。 51 華新麗華股份有限公司 （4）采用主动导盘（狄舍尔穿孔机） 原因可归纳为：1）导盘对管 坯直径压缩，可减小横向拉应力；2）导盘抑制轧件椭圆度有利金属纵向 变形的发展；3）可提高轴向滑动系数，提高穿孔速度，减少管坯在顶头 前的反复压缩次数。因此在狄舍尔穿孔机上可穿制连铸坯。 （5）顶推力穿孔 在穿孔过程中在管坯尾端施 加顶推力，有助于提高穿孔效率，减少顶头前管坯的压缩次数，并可 加大轴向压应力作用区和减小咬入所需的顶头前最小压下率，故可提 高顶头零界压下率。但顶推力过大会使横向变形显著发展，促使孔腔 的形成。 （6）采用主动顶杆与轧辊辊面压花 这些措施均有利提高轴向滑动 系数和发展纵向变形，而提高顶头零界压下率值。 （7）提高管坯质量 52 華新麗華股份有限公司 9.9.金属变形及流动介绍金属变形及流动介绍： a. 斜轧穿孔的金属变形 斜轧穿孔过程中存在着两种变形，即基本变形(或宏观变形)和附 加变形(称不均匀变形)。 基本变形是指外观形状的变化，这种变形是可以直观的，如由实心 圆管坯变成空心的毛管，基本变形完全是几何尺寸的变化，与材料的性 质无关，而且基本变形取决于变形区的几何形状(由工具设计和穿孔机调 整所决定)。 附加变形指的是材料内部的变形，是直观不到的变形，附加变形 是由于材料中内应力所引起的，引起材料产生的缺陷，所以在实际生产 中如何来减小附加变形是很重要的。 b.基本变形 基本变形即延伸变形，切向变形和徑向变形(壁厚压缩)。这三种变形都是 宏观变形，表示外观形状和尺寸变化。 53 華新麗華股份有限公司 c.附加变形 附加变形包括有扭转变形，纵向剪切变形等，附加变形是由于金属各部 分的变形不均匀产生的，附加变形会带来一系列的后果，如造成变形能量增 加，以及由于附加变形所引起的附加应力，容易导致毛管内外表面上和内部 产生缺陷等。 纵向剪切变形主要是由于顶头的轴向阻力所造成的，一方面轧辊带动管 材轴向流动，而顶头要阻止金属轴向流动，最终导致各金属轴向流动有差异 ，可是各层金属又是互相联系的，是一个整体，所以在各层金属向必然产生 附加变形和附加应力，特别是和轧辊、顶头直接接触的表层金属，附加变形 更大些，因此毛管内外表面很容易出现缺陷或者使管坯表面原有的缺陷发展 扩大。 切向剪变形往往是造成毛管内外表面产生缺陷原因之一(如裂纹、折迭 、离层等缺陷)。 金属在变形区中，做机械运动的同时还伴随着扭转变形，主要是由于管 坯轧制变形时，任意截面转速都存在着差异。管坯任意截面转速公式： nm.x= * db.x xdx nx*cos* t.xt.x * 式中 nmx变形区内轧件任一截面的转速， r/min； dx变形区内轧件任一截面的直径，mm； x变形区内任一截面的椭圆系数 54 華新麗華股份有限公司 10.10.正常穿孔需满足的条件正常穿孔需满足的条件： a.a.穿穿孔孔对对管管坯坯要求要求 管坯质量的好坏是决定钢管质量的基本因素，为了保证穿孔过程的正常进管坯质量的好坏是决定钢管质量的基本因素，为了保证穿孔过程的正常进 行和获得高质量的钢管，必须对管坯的几何尺寸，高低倍组织和表面状态行和获得高质量的钢管，必须对管坯的几何尺寸，高低倍组织和表面状态 等提出严格的要求等提出严格的要求 管坯直径过大或者椭圆度过大，会使穿孔时咬入条件变坏，还会由于管坯管坯直径过大或者椭圆度过大，会使穿孔时咬入条件变坏，还会由于管坯 直径压缩量大而促使内折的产生。直径压缩量大而促使内折的产生。 内部组织主要是指缩孔和中心疏松、非金属夹杂的聚集，气体的含量等，内部组织主要是指缩孔和中心疏松、非金属夹杂的聚集，气体的含量等， 这种要求的严格程度，随钢管的用途和钢种不同而异。这种要求的严格程度，随钢管的用途和钢种不同而异。 最重要的是管坯的表面质量，因为在管坯上的任何缺陷都会带到钢管上，最重要的是管坯的表面质量，因为在管坯上的任何缺陷都会带到钢管上， 而且有缺陷的地方往往造成应力集中，通过塑性变形将使缺陷加深加长。而且有缺陷的地方往往造成应力集中，通过塑性变形将使缺陷加深加长。 大量生产实际证明，钢管内外表面缺陷常常是由于非金属夹杂物集聚造大量生产实际证明，钢管内外表面缺陷常常是由于非金属夹杂物集聚造 成的。非金属夹杂物常分布于晶界上，从而减弱晶粒间的联系，使金属塑成的。非金属夹杂物常分布于晶界上，从而减弱晶粒间的联系，使金属塑 性降低性降低 ，最终导致破裂而出现缺陷，最终导致破裂而出现缺陷) ) 55 華新麗華股份有限公司 b.b.穿孔对加热要求穿孔对加热要求 加热均匀，达到初轧温度，晶粒细小，均匀单一相等加热均匀，达到初轧温度，晶粒细小，均匀单一相等 c.c.穿孔对穿孔机要求穿孔对穿孔机要求 1.1.轧辊之间的距离（穿孔质量）轧辊之间的距离（穿孔质量） 2.2.导板之间的距离（穿孔质量）导板之间的距离（穿孔质量） 3.3.轧辊、导板及轧制中心线一致（穿孔质量）轧辊、导板及轧制中心线一致（穿孔质量） 4.4.送进角送进角( (穿孔速度）穿孔速度） 5.5.轧辊转速（穿孔速度轧辊转速（穿孔速度) ) d.d.穿孔对工模具要求穿孔对工模具要求 1.1.工模具尺寸规格工模具尺寸规格 2.2.工模具表面质量工模具表面质量 56 華新麗華股份有限公司 11.11.穿孔调整步骤穿孔调整步骤： a.a.加热加热： 根据上料单信息选择加热工艺，按标准设定各区加热温度，按加热时间根据上料单信息选择加热工艺，按标准设定各区加热温度，按加热时间 标准翻料，出料，保证标准穿孔节奏。标准翻料，出料，保证标准穿孔节奏。 b.b.穿孔：穿孔： 1 1）开机前查检）开机前查检 a. a. 检查设备润滑情况并及时加油，冷却水是否畅通检查设备润滑情况并及时加油，冷却水是否畅通; ; b. b. 检查传动设备是否正常，有无障碍物，各联接部位是否牢固检查传动设备是否正常，有无障碍物，各联接部位是否牢固; ; c. c. 检查顶头，导板，顶杆、推杆等工模具是否齐全检查顶头，导板，顶杆、推杆等工模具是否齐全. . 2) 2) 主机调整主机调整 a a. .根据上料单及作业标准准备工艺参数和工模具配备；根据上料单及作业标准准备工艺参数和工模具配备； b b. .检查轧辊与轧制中心线是否对称，调整轧辊距；检查轧辊与轧制中心线是否对称，调整轧辊距； c c. . 调整导板距调整导板距； d d. .调整送进角；调整送进角； e e. .调整主电机转速；调整主电机转速； f. f. 调节受料槽高低，与导套相适应调节受料槽高低，与导套相适应. . 57 華新麗華股份有限公司 c.c.顶头加热，开始试生产，符合如下四个条件才可批量生产顶头加热，开始试生产，符合如下四个条件才可批量生产： a a. .管坯咬入平稳顺利；管坯咬入平稳顺利； b b. .轧机不应超负荷运转（主要是看电流）；轧机不应超负荷运转（主要是看电流）； c c. . 穿孔时顶杆无跳动