方德偉

摘? 要：所謂的無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝是指，通過(guò)在多組鋼管的軋輥上完成穿孔和斜軋的生產(chǎn)工藝，目前，在無(wú)縫鋼管的制作上優(yōu)勢(shì)非常顯著。文章通過(guò)對(duì)無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行分析，并通過(guò)試驗(yàn)的方式，對(duì)設(shè)備的應(yīng)用效果進(jìn)行檢測(cè)，希望對(duì)提高無(wú)縫鋼管的產(chǎn)量有所幫助。

關(guān)鍵詞：無(wú)縫鋼管;斜軋工藝;斜軋?jiān)O(shè)備;荒管;軋輥

中圖分類號(hào)：TG335 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）16-0111-02

Abstract： The seamless steel pipe continuous cross rolling process refers to the production process of piercing and cross rolling on the rolls of multiple groups of steel tubes. At present， the advantages in the production of seamless steel tubes are very significant. In this paper， through the analysis of the continuous cross rolling process and related equipment of seamless steel pipe， and through the test， the application effect of the equipment is tested， which will be helpful to improve the output of seamless steel pipe.

Keywords： seamless steel pipe; cross rolling process; cross rolling equipment; waste pipe; roll

引言

無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝簡(jiǎn)化無(wú)縫鋼管制作流程的嘗試，雖然傳統(tǒng)無(wú)縫鋼管制作方法十分可靠，且技術(shù)成熟性較高，但傳統(tǒng)制作工藝制作出的無(wú)縫鋼管，變形能力較差且加工溫度相對(duì)較窄，這對(duì)鋼管的應(yīng)用造成了極為不利的影響，致使制作成本大幅度提升，為了簡(jiǎn)化流程，降低成本，對(duì)無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝進(jìn)行探索，具有十分重要的意義。

1 斜軋與縱軋變形的工藝對(duì)比

縱軋指的是在軋制鋼管時(shí)，變形金屬與軋件流動(dòng)方向長(zhǎng)時(shí)間保持一致的軋制工藝，簡(jiǎn)言之，就是變形金屬會(huì)借助變形孔進(jìn)行流動(dòng)，流動(dòng)的方向?yàn)檐埞軝C(jī)出口。斜軋是指變形金屬在沿著變形孔流動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)具有一定的斜向角度，這種軋制工藝相較于傳統(tǒng)無(wú)縫鋼管制作工藝，簡(jiǎn)化了一定的工藝流程，具有十分顯著的應(yīng)用效果[1]。

2 金屬斜連軋工藝的原理

金屬斜連穿軋工藝模型由以下部分組成：一是錐形軋輥3個(gè);二是實(shí)心管坯;三是桶形軋輥3個(gè);四是頂頭芯棒。然后對(duì)實(shí)心管坯進(jìn)行穿孔和軋制，最終完成軋制延伸、穿孔等流程。這種工藝的特點(diǎn)為三輥穿孔軋管，具有非常復(fù)雜的變形情況，實(shí)現(xiàn)三輥斜軋穿孔功能是其主要的目的，在管坯圍繞著中心線轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，在多種作用的影響下，例如：軋輥?zhàn)饔?、頂頭作用，繼而完成管坯中心的穿孔，之后，會(huì)與軋管產(chǎn)生連軋的關(guān)系，繼而達(dá)到簡(jiǎn)化無(wú)縫鋼管制作步驟的目的，所減少的步驟為減徑和減壁工藝，最終完成荒管的制作，以此來(lái)滿足金屬斜連軋穿管材的需要。

3 建立數(shù)學(xué)模型

由于無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝屬于一種全新的工藝，因此通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立并使用，可以對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行分析，有利于促進(jìn)該工藝的優(yōu)化和發(fā)展。

3.1 建立坐標(biāo)體系

建立坐標(biāo)體系是構(gòu)建模型的首要步驟，基于無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝中，軋輥分布的特征，本文所選擇的坐標(biāo)體系分別為S0：x-y-z和r-θ-z。其中S0：x-y-z代表的坐標(biāo)體系是在斜連軋系統(tǒng)固定的靜態(tài)坐標(biāo)，而r-θ-z則代表在軋件上固定的坐標(biāo)體系。兩個(gè)坐標(biāo)的z軸位于同一個(gè)位置，可以重合，在x、y都為0時(shí)，θ的角度同樣為0。

首先可以對(duì)穿孔桶形的軋輥局部坐標(biāo)體系進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定結(jié)果為S1：x1-y1-z1;桶形圓心點(diǎn)是該坐標(biāo)的原點(diǎn)。然后將S2：x2-y2-z2，設(shè)定為頂頭坐標(biāo)系，頂尖內(nèi)部是該坐標(biāo)的原點(diǎn)。最后進(jìn)行臺(tái)肩坐標(biāo)系的設(shè)定，結(jié)果為S3：x3-y3-z3;輥肩的最小直徑是該坐標(biāo)的原點(diǎn)。

3.2 建立方程

由于無(wú)縫鋼管斜連軋工藝中的軋件具有不可壓縮性的特點(diǎn)，簡(jiǎn)言之，軋件的體積不會(huì)發(fā)生任何改變，因此，可以將軋件散度視為0。所以在進(jìn)行工具面的選擇時(shí)，可以將流面函數(shù)作為主要的選擇，有利于確保所構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)許可速度場(chǎng)，可以適用于多種條件。

在斜連軋階段，鋼管會(huì)同時(shí)受到多組軋輥的影響，如果想要對(duì)連續(xù)軋制的特征進(jìn)行保持，必須要與連軋的穩(wěn)態(tài)方程相契合，穩(wěn)態(tài)方程主要是指穿孔與軋制的變形與金屬變形秒流量必須要保持一致，簡(jiǎn)言之，就是可以對(duì)鋼材的可縮性進(jìn)行控制，確保金屬流入量等于金屬流出量，與體積不可壓縮條件相符。

由于斜連軋的具有非常復(fù)雜的變形過(guò)程，因此，與之相匹配的方程也十分復(fù)雜，為了便于后續(xù)計(jì)算，在建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程中，需要在不同的坐標(biāo)系上建立不同的輥面方程，然后通過(guò)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，將方程組轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)表達(dá)式[2]。之后，讓柱坐標(biāo)和靜態(tài)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后把上述三個(gè)坐標(biāo)系的方程合為一個(gè)坐標(biāo)表達(dá)式，從而列出以下式子：一是R01（θ，z）;二是R02（θ，z）;三是R03（θ，z）。

3.3 建立函數(shù)

三輥斜連軋穿管材的過(guò)程中，管坯需要經(jīng)過(guò)穿過(guò)兩個(gè)段，主要是指穿孔段和軋管段，因此下文將一個(gè)完整的斜連軋穿過(guò)程，分為兩個(gè)段進(jìn)行分析。

應(yīng)基于穿孔段函數(shù)的基本理論，將其穿孔過(guò)程分為兩個(gè)部分。第一，在軋輥咬入管坯，但沒(méi)有與頂頭進(jìn)行接觸前;第二，管坯在接觸頂頭后，穿孔開(kāi)始，穿孔結(jié)束的時(shí)間為，毛管與軋輥相脫離的時(shí)間。

在軋輥咬入管坯后，且沒(méi)有接觸頂頭，前輥接縫的中性的分布方向?yàn)閦方向分布，而軋件變形區(qū)的分布方向?yàn)檠?20°分布。繼而得到公式：W1=Q/2（RR（θ，Z）/rRθ1）2。

在上述公式中，通過(guò)軋機(jī)時(shí)的流量由Q表示，而RR表示的內(nèi)容為軋輥咬入桶形，尚未接觸頂頭前的軋件表面函數(shù)。

4 三輥斜連軋工藝關(guān)鍵零部件研究

為了使三輥斜連軋工藝滿足設(shè)計(jì)要求，本文將理論計(jì)算結(jié)果作為依據(jù)，對(duì)斜軋工藝設(shè)備的基本參數(shù)進(jìn)行明確，并設(shè)計(jì)了一款無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋?jiān)O(shè)備。該設(shè)備的主要組成部分為兩個(gè)軋輥組，毛坯材料自進(jìn)入后，會(huì)經(jīng)受一系列工序的處理，繼而完成連續(xù)斜軋的各項(xiàng)工藝流程[3]。為了提高軋輥送進(jìn)角以及調(diào)節(jié)碾軋角的可行性，本次設(shè)計(jì)對(duì)特朗斯瓦爾軋機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了借鑒，通過(guò)對(duì)兩組結(jié)構(gòu)進(jìn)行串聯(lián)，促使定位由定位止口負(fù)責(zé)，并使用螺栓相連接，同時(shí)在導(dǎo)軌上安裝穿孔段和軋制段，從而構(gòu)成主機(jī)。

4.1 設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)

無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝對(duì)設(shè)備提出了更高的要求，具體表現(xiàn)在送進(jìn)角和碾軋角的調(diào)整方面。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)、壓下絲杠等零部件進(jìn)行控制和調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)斜軋工藝各項(xiàng)參數(shù)的調(diào)整。例如：送進(jìn)角、碾軋角等?；剞D(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)是無(wú)縫鋼管連接斜軋?jiān)O(shè)備的重要組成部分，其功能為調(diào)整送進(jìn)角，并促使回轉(zhuǎn)機(jī)架沿著軋制中心線來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證設(shè)備中軋輥送進(jìn)角的合理性。與此同時(shí)，鎖止功能也是該設(shè)備的功能之一。在一個(gè)完整的無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋?jiān)O(shè)備中，需要調(diào)整的回轉(zhuǎn)機(jī)架共有2個(gè)，需要對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整，因此，在設(shè)計(jì)設(shè)備的過(guò)程中，最好要對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行考慮，設(shè)計(jì)兩個(gè)完全相同的機(jī)構(gòu)，以滿足要求。

回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)由以下部分構(gòu)成：一是連接架;二是絲杠;三是銅螺母;四是連桿;五是滑塊;六是回轉(zhuǎn)調(diào)整座。回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)在機(jī)架的固定方式為回轉(zhuǎn)調(diào)整座固定，而連接架則通過(guò)壓下機(jī)構(gòu)與支座性連接，絲杠在調(diào)整過(guò)程中，可以促使回轉(zhuǎn)機(jī)繞著機(jī)架中心進(jìn)行回轉(zhuǎn)，也可以利用電能驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)運(yùn)動(dòng)，以達(dá)成自動(dòng)控制。

4.2 設(shè)計(jì)壓下機(jī)構(gòu)

在無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝設(shè)備中，孔喉直徑是一項(xiàng)非常重要的參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，并保證設(shè)計(jì)合理性十分關(guān)鍵，斜連軋?jiān)囼?yàn)機(jī)的固定機(jī)架上總共有6個(gè)壓下機(jī)構(gòu)，并且這些壓下機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全一致。壓下機(jī)構(gòu)的組成部分包括1：絲杠、2：銅螺母、3：連接件、4：壓力傳感器、5：連接支座、6：球面支座。

5 無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝設(shè)備試驗(yàn)分析

目前，這種基于三輥連軋的無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝設(shè)備，已經(jīng)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，這種工藝作為一種新型的無(wú)縫鋼管制作工藝，在試驗(yàn)過(guò)程中，選擇試驗(yàn)材料為鋼圓棒料，該材料的管徑為4cm、長(zhǎng)度為60cm、頂頭直徑為3.1cm，芯棒直徑約為0.3cm。首先，需要將圓棒料的溫度加熱到1160℃，到達(dá)溫度點(diǎn)后，迅速將其取出，并放到試驗(yàn)臺(tái)的導(dǎo)槽之中，并通過(guò)人工的方式，將其放置于軋機(jī)中，繼而管坯會(huì)受到穿孔段的咬入，然后借助運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力，將材料送入到設(shè)備內(nèi)部，繼而達(dá)成了穿孔與軋制的不斷變形，直接就可以得到荒管。荒管形成后，將其取出，經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)后，試驗(yàn)結(jié)果表明，這項(xiàng)制作工藝十分有效可行。通過(guò)這種方式制作出的荒管，其外徑尺寸為3.8cm，管壁厚度為3mm，鋼管長(zhǎng)度誤差僅為500。

為了對(duì)軋制段的變形情況進(jìn)行仔細(xì)的觀察，在試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了一定的調(diào)整，具體表現(xiàn)在使斜連軋工藝末端終止穿孔，從而實(shí)現(xiàn)軋卡。通過(guò)觀察得知，尚未進(jìn)入的軋制段的鋼管，其表面粗糙度較高，且具有明顯的螺旋線，而在進(jìn)軋制段后，鋼管的質(zhì)量十分良好，且管壁厚度均勻。

6 結(jié)論

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)無(wú)縫鋼管連續(xù)軋工藝的優(yōu)點(diǎn)和作用原理進(jìn)行分析和闡述，并通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型的方式，對(duì)工藝進(jìn)行分析。最后，利用試驗(yàn)的方法，對(duì)無(wú)縫鋼管連續(xù)軋工藝設(shè)備的性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，這項(xiàng)工藝和設(shè)備均具有較高的可行性。

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