生产流程培训课件热穿孔.ppt

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1、热穿孔生產流程培训讲义热穿孔生產流程培训讲义華新麗華股份有限公司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

2、公司華新麗華股份有限公司1.1.1.1.管坯加热概述：管坯加热概述：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

3、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

4、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。2.2.2.2.管坯加热目的：管坯加热目的：管坯加热目的：管坯加热目的：二、二、管坯加热介绍管坯加热介绍4華新麗華股份有限公司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

5、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

6、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3.3.3.3.热量传导三种方式：热量传导三种方式：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華新麗華股份有限公司 溫溫度度加加熱時間熱時間 minmin1 12 23 34 4 管管坯加坯加热热制度制度1 1炉膛炉膛溫度溫度 2 2、3 3、4 4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

7、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，

8、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。4.4.4.4.管坯加热制度的选择：管坯加热制度的选择：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華新麗華股份有限公司5.5.5.5.管坯加热时间的确定：管坯加热时间的确定：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

9、性能。管坯的高温区加热时间可按下面经验式计算：T=KT=Kt t*D Dp p KtKt管坯单位加热时间管坯单位加热时间，min/cmmin/cmD 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）钢种钢种钢种钢种斜斜斜斜底底底底炉炉炉炉（minmin）步进炉（步进炉（步进炉（步进炉（mminin）碳素钢、低合金结构钢碳素钢、低合金结构钢碳素钢、低合金结构钢碳素钢、低合金结构钢6 6 7 75 5 6.56.5合金结构钢合金结构钢合金结构钢合金结构钢7 7 8 86 6 7 7中合金钢中合金钢中合金钢中合金钢8 8

10、9 96.56.5 8 8軸承钢軸承钢軸承钢軸承钢1010 11116 6 8 8不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢1010 11117 7 10107華新麗華股份有限公司華新麗華股份有限公司6.6.6.6.管坯加热温度的确定：管坯加热温度的确定：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

11、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華新麗華

12、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華新麗華股份有限公司7.7.7.7.穿孔管坯加热炉型介绍：穿孔管坯加热炉型介绍：

13、穿孔管坯加热炉型介绍：穿孔管坯加热炉型介绍：炉型炉型结构形式结构形式优点优点缺点缺点 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華新麗華股份有限公司8.8.8.8.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：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

14、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65110mm7001800mm110240mm13003000mm11華新麗華股份有限公司華新麗華股份有限公司斜底炉示意图斜底炉示意图斜底炉示意图斜底炉示意图炉门烧嘴挡火墙基础端进端进烧嘴排布示意图预热9.6米加热6.15米均热1.2米123侧侧出出1.1m1.1m1.1m1.1m1.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

15、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華新麗華股份有限公司步进炉烧步进炉烧嘴嘴示意图示意图入入钢钢槽槽侧进侧进步进方向步进方向出出钢钢槽槽4321侧出侧出烧嘴排布示意图预热段预热段12.512.5米米加热段加热段1313米米均热段均热段2 2米米烧嘴挡火墙2.12.12.12.11.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2.11.80.92.113華新麗華股份有限公司華新麗華股份有限公司步进炉动步进炉动/靜樑分布靜樑分布示意图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

16、一：坯料在槽中14華新麗華股份有限公司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步进炉动樑送料示意圖樑送料示意圖15華新麗華股份有限公司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

17、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。10.10.10.10.管坯加热过程常见缺陷：管坯加热过程常见缺陷：管坯加热过程常见缺陷：管坯加热过程常见缺陷：9.9.9.9.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

18、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化氧化加热温度过高加热温度过高1.1.荒管表面质量差；荒管表面质量差；

19、2.2.材率损耗大材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压炉压微正压阴阳面阴阳面翻钢不及时翻钢不及时荒管壁厚不均匀荒管壁厚不均匀斜底炉每出斜底炉每出5 5支料，翻支料，翻钢一次，确保管坯旋钢一次，确保管坯旋转转180180 烧嘴布局不合理烧嘴布局不合理调整烧嘴位置确保管调整烧嘴位置确保管坯加热均匀坯加热均匀停车保温时间过长停车保温时间过长停车时间过长，停车时间过长，及时及时拉拉出高温区的管坯出高温区的管坯。过热过热加熱溫度加熱溫度过高过高，晶粒迅速長，晶粒迅速長大大荒管内表质量差，荒管内表质量差，容易产生内裂容易产生内裂高温快速加

20、热高温快速加热过烧过烧管坯温度管坯温度繼續升高，接近材繼續升高，接近材料的熔點晶界氧化甚至溶料的熔點晶界氧化甚至溶解解材料只能报废材料只能报废設備停機設備停機时间过长，时间过长，高温区需降温，甚至高温区需降温，甚至拉料。拉料。17華新麗華股份有限公司華新麗華股份有限公司三、管坯斜轧穿孔介绍三、管坯斜轧穿孔介绍1 1 1 1.斜轧穿孔发展史斜轧穿孔发展史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

21、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。

22、18華新麗華股份有限公司華新麗華股份有限公司2.2.2.2.管坯穿孔机组类型介绍：管坯穿孔机组类型介绍：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華新麗華股份有限公司d.d.按按变形变形特特

23、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華新麗華股份有限公司2.2.2.2.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：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 1）-轧辊；（轧辊；（2 2）-导板；（导板；（3 3）-顶头；（顶头；（4 4）-顶杆；（顶杆；（5 5）-管坯；（管坯；（6 6）-毛管毛管二辊卧式斜轧穿孔机二辊

24、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華新麗華股份有限公司3 3、二辊斜轧穿孔机的工模具、二辊斜轧穿孔机的工模具a a、轧辊、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華新麗華股份有限公司b b、导板、导板 它是固定不动

25、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華新麗華股份有限公司c c、顶头、顶头 顶头的形状

26、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

27、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華新麗華股份有限公司4.4.斜轧穿孔的变形过程斜轧穿孔的变形过程1 12 23 31.1.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

28、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華新麗華股份有限公司b.b.穿孔变形区域组成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

29、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

30、：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華新麗華股份有限公司C.C.斜轧穿孔过程斜轧穿孔过程 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

31、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華新麗華股份有限公司斜斜轧轧穿孔穿孔动态变形过程动态变形过程（图图示）示）1.管坯第一次咬入2.管坯第二次咬入 为

32、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華新麗華股份有限公司5.5.斜轧穿孔变形区几何和调整参数斜轧穿孔变形区几何和调整参数（1）轧

33、制线轧制线 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）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華新麗華股份有限公司（3）机器中心线机器中心线 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）轧辊间距轧辊间

34、距BckBck 指两轧辊的轧制带之间（即孔喉处）的轧辊间距。（5）导板间距导板间距LckLck 指两导板过渡带工作面间距。（6）穿孔机孔型椭圆度系数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。=L Lckck/B/Bckck 下轧辊上轧辊左导板右导板34華新麗華股份有限公司華新麗華股份有限公司（7）管坯总直径压下量管坯总直径压下量DpDp 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 8）总压缩率）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%。DpDp=Dp-BckDp-Bck =x100%=x100%DpDpDpDp35華新麗華

35、股份有限公司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-BdqBdq=Bck+2（C-0.5L

36、3）tan1dq=DdqDpx100%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-Dpdk=dm-Dt2238華新麗華股份有限公司華新麗華股份有限公司6.6.斜轧穿孔运动学斜轧穿孔运动学斜轧穿孔运动学斜轧穿孔运动学a.a.斜斜轧轧穿孔穿孔轧辊轧辊速度分量速度分量 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 VB=B=DB

37、NB/60轴向速度分量轴向速度分量V VBXBX=DBNB sin/60切向速度分量VBY=DBNB cos/60DB轧辊直径送进角NB轧辊转速V VB BV VBYBYV VBXBX39華新麗華股份有限公司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

38、速度分量V VBXBX=O O *DB BNB B sin/60切向速度分量VBYBY=r r*DB BNB B cos/60oo,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 VB.x.xB.x.x=V=VB B*sinsin*cosB B=*DB

39、.xB.x*nB B*sinn*co*cosB B/60轧辊切向速度分量轧辊切向速度分量V VB.x.yB.x.y=*DB.xB.x*nB B*（cos*cocosB B*cosz z-sinB B*sinz z）/60管坯轴向速度分量轴向速度分量V VM.x.xM.x.x=*DB.xB.x*nB B*sinn*cocosB B*O.xO.x/60管坯切向速度分量切向速度分量V VM.x.yM.x.y=*DB.xB.x*nB B*（cos*cocosB B*cosz z-sinB B*sinz z）T.xT.x/60式中 B Bx点的轧辊中心角；z zx点的管坯中心角；O.xO.x、T.xT.

40、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，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

41、，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

42、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

43、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

44、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華新麗華股份有限公司a.a.咬入咬入定义定义 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7.7.7.7.斜轧穿孔咬入条件：斜轧穿孔咬入条件：斜轧穿孔咬入条件：斜轧穿孔咬入条件：44華新麗

45、華股份有限公司華新麗華股份有限公司b.b.一次咬入条件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：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華新麗華股份有限公司为

46、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)=0Q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：管坯一次咬入条件式确定：管坯一次咬入条件式确定：c.c.c.c.管坯二次咬入条件式确定：管坯二次咬入条件式确定：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

47、 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華新麗華股份有限公司8.8.8.8.斜轧穿孔孔腔形成机理：

48、斜轧穿孔孔腔形成机理：斜轧穿孔孔腔形成机理：斜轧穿孔孔腔形成机理：a.a.孔腔形成理论孔腔形成理论 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

49、的横向拉应力综合作用结果。48華新麗華股份有限公司華新麗華股份有限公司b.b.孔腔对穿孔工艺的影响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，

50、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.c.影响孔腔形成的因素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