压力加工工艺学--钢管生产课件

压力加工工艺学钢管生产压力加工工艺学钢管生产压力加工工艺学钢管生产1压力加工工艺学-钢管生产课件21 概述1.1 钢管的特性与分类：一、钢管的概念与用途钢钢管管的的概概念念：凡是两端开口并具有中空封闭型断面，且长度与断面周长成较大比例的钢材，统称为钢管。而比值较小的钢材称为管段或管件。1 概述1.1 钢管的特性与分类：3钢管的用途：钢管的用途：（1）输送流体：具有封闭的中空几何形状，可以作为液、气体及固体的输送管道；（2）做结构件：在同样重量下，钢管相对于其他钢材具有更大的截面模数，也就是说它具有更大的抗弯、抗扭能力，属于经济断面钢材、高效钢材。钢管的用途：4二、钢管的分类二、钢管的分类1 1 按生产方式分类按生产方式分类 （1 1）热加工管热加工管（无缝钢管）：热轧穿孔、（无缝钢管）：热轧穿孔、挤压、挤压、P.P.MP.P.M（压力穿孔）、冲压法；（压力穿孔）、冲压法；（2 2）焊管焊管（有缝钢管）：包括直缝钢管（有缝钢管）：包括直缝钢管与螺旋焊管；与螺旋焊管；（3 3）冷加工管冷加工管：冷轧、冷拔和冷旋压：冷轧、冷拔和冷旋压二、钢管的分类5压力加工工艺学-钢管生产课件62 2 按产品尺寸分类按产品尺寸分类 （1 1）特厚管：）特厚管：D/S10D/S10；（2 2）厚壁管：）厚壁管：D/SD/S10102020 （3 3）薄壁管：）薄壁管：D/SD/S20204040 （4 4）极薄壁管：）极薄壁管：D/S40D/S40压力加工工艺学-钢管生产课件73 3 其它分类其它分类（1 1）用用途途：管管道道用用管管、结结构构管管、石石油油管管、热工用管等；热工用管等；（2 2）材材质质：普普通通碳碳素素钢钢管管、碳碳素素结结构构钢钢管、合金钢管、轴承钢管、不锈钢管等；管、合金钢管、轴承钢管、不锈钢管等；（3 3）横断面形状横断面形状：圆管、异型钢管；圆管、异型钢管；（4 4）纵断面形状纵断面形状：等断面、变断面等断面、变断面压力加工工艺学-钢管生产课件8异型钢管示例异型钢管示例9天津钢管天津钢管250限动芯棒连轧管机组限动芯棒连轧管机组宝钢宝钢140连轧管机组连轧管机组天津钢管250限动芯棒连轧管机组宝钢140连轧管机组1012 钢管生产的基本方法 钢管生产的一般模式为：坯料成型精整一次成品再加工二次成品。一般以产品的要求确定生产工艺、选择生产设备，同时对工艺、设备不断改造更新以适应产品 不断提高的要求。按照成型的不同可以分成无缝管生产和有缝管生产，而冷加工属于管材的二次生产。12 钢管生产的基本方法 11热轧无缝管：实心管坯穿孔延伸定(减)径冷却精整。焊管：板带坯料成型(管筒状)焊接成管精整。热轧无缝管：实心管坯穿孔延伸定(减)径冷却精整。121.3 钢管的技术要求与发展趋势n 对多种腐蚀介质的高抗蚀性、对高温强度和低温韧性的要求越来越高，使得管材产品的化学成分不断变化，冶炼、加工工艺不断改进；n 管材产品尺寸(壁厚精度)、形状精度的要求促使在线检测、自动控制技术不断进步；n 对管材产品成本降低的要求使得其生产过程向短流程、近终成型方向发展。n 对管材产品要求总的趋势是优质、廉价、高效、低耗。1.3 钢管的技术要求与发展趋势 对多种腐蚀介质的高抗蚀性13n自动轧管机组生产工艺：自动轧管机组生产工艺：（冷定心）（冷定心）加热加热 管坯管坯加热加热热定心热定心穿孔穿孔轧管轧管均整均整 定径定径 再加热再加热减径减径冷却冷却矫直矫直切管切管热处理热处理检查检查入库入库2 热轧无缝钢管生产自动轧管机组生产工艺：2 热轧无缝钢管生产14压力加工工艺学-钢管生产课件15n连轧管机组坯料 加热 热定心 穿孔 空减 连轧 切头、尾 再加热 高压水除鳞 张力减径 冷却 切头、尾 矫直 无损探伤 表面 检查 入库连轧管机组16压力加工工艺学-钢管生产课件17三辊轧管机组坯料加热 热定心 冷定心 加热穿孔再加热 高压水除鳞定（减）径冷却切断（或分锯）矫直热处理表面检查包装、入库三辊轧管 三辊轧管机组坯料加热 热定心 冷定心 加热穿孔18压力加工工艺学-钢管生产课件1921 管坯的制备一、根据穿孔方式、轧管方法及制管材质的不同，一般采用以下四种坯料：一般采用以下四种坯料：(1)连铸圆坯：是目前国际上应用较多的坯料，也是衡量一个国家钢管生产技术水平的标志之一。其具有成本低、能耗少、组织性能稳定等特点，是管坯发展的主流，也是钢管实现连轧的首要条件。(2)轧坯：一般为圆坯，生产中也经常使用。(3)铸(锭)坯：主要有方(锭)坯，用于P.P.M轧制方式(或压力穿孔)。(4)锻坯：用于穿孔性能较差的合金钢与高合金钢管的生产。21 管坯的制备20 管坯技术标准按国家或企业的技术标准执行，包括化学成分、断面形状、几何尺寸、内部组织、机械性能等因素。二、坯料定尺长度的确定LpDpL0D0S0L/2L/2K:烧损系数0.970.995（合金钢取上限，碳钢取下限）LpDpL0D0 S0 L/2L/2K:烧损系数0.21或思考题：成品管思考题：成品管146155000mm146155000mm，1010钢，用钢，用150150坯轧制，坯轧制，问坯长选多少？问坯长选多少？式中：式中：LP:管坯长度；管坯长度；FP:管坯横断面；管坯横断面；n：热轧管的倍尺数（根）；：热轧管的倍尺数（根）；D0,S0:成品管外径、壁厚；成品管外径、壁厚；L0:成品管长；成品管长；L:切头尾长（合金钢切头尾长（合金钢250碳碳钢钢450mm)或思考题：成品管146155000mm，10钢，用22三、坯料的截断方式一般有四种：坯料的截断方式一般有四种：剪断：适用于中小断面的管坯，生产效率高，费用低，但管坯易被压扁(现场，一般压扁度不超过810%，切斜度不超过6mm)，对于易产生裂纹的管坯(如GCr15等)，应预热200300。火焰切割：适合大断面、合金钢等管坯，操作方便，费用低，但金属损耗大(烧损、氧化)，断面质量差。折断：适合Dp140mm或b60Kg/mm2管坯。先在要折断处切口，然后放入折断压力机中折断，支点间距一般为(45)Dp。锯断：适合小断面管坯，合金钢及高合金钢等；是切断质量最好的方法。三、坯料的截断方式一般有四种：23四、剪切力计算K1:磨钝系数（鞍钢1.3）K2=/b=0.6(碳钢)0.8(合金)思考题：在1000吨剪切机上冷剪20管坯，最大直径是多少？（20：b=490.5MPa）四、剪切力计算K1:磨钝系数（鞍钢1.3）思考题：在10002422 管坯的加热及定心一、管坯加热加热目的：提高塑性，降低变形抗力，为穿孔和轧管准 备良好的加工组织，改善金属的性能。坯料加热一般遵循三个原则：温度准确，确保可穿性最好的温度；加热均匀，纵向、横向都均匀，内外温差不大 于3050，最好小于15；烧损少，并且不产生有害的化学成分变化(C 或C)。22 管坯的加热及定心25加热温度的确定：（1）加热温度在Fe-C相图中的单相奥氏体区 AC3线以上3050，固相线以下100。即：在8001300 选 取，号钢一般1200 左右。（2）加热温度考虑坯料的化学成分 a)加入Mn、Ni、Co能无限固溶于-Fe,奥氏体区扩大，固相线上 移，加热温度可提高；b)加入W、Mo、V、Nb等高熔点元素，加热温度可提高；c)加入Mg、Al、Cu等低熔点的元素，加热温度可降低。（3）加热温度考虑坯料尺寸大小 大坯料在同样条件下温度应取上限，以提高加热速度。加热温度的确定：（1）加热温度在Fe-C相图中的单相奥氏体区26（4）加热温度考虑工艺条件 a)GCr15 1%C(高碳钢)，1.5%Cr(硬、耐磨)，在 允许温度范围内取下限，防止脱碳；b)硅钢希望脱碳，加热温度可提高；c)超低碳不锈钢（00Cr18Ni9Ti），用于核潜艇，碳 含量越低越耐腐蚀，希望脱碳，加热温度应高些。d)穿孔时要温升（5080 ），塑性差的温升大，塑性好的温升小。（4）加热温度考虑工艺条件27加热时间的确定：nKjrDp （s）Dp:管坯直径（方坯以边长计），mm；Kjr：管坯单位加热时间（加热速度），s/mm(直径)；与钢种和设备有关：环形炉：碳钢：Kjr3033s/mm;一般合金钢：Kjr3648s/mm;不锈钢、高合金钢：Kjr4260s/mm;加热时间的确定：KjrDp （s）28环形加热炉（1）环形炉的结构 环形加热炉环形加热炉（1）环形炉的结构 环形加热炉29(2)环型加热炉的优、缺点n优点：n1）适合加热圆形管坯，适应多种不同直径和长度的复杂坯料；n2）管坯加热时间短、受热均匀、加热质量好；n3）炉底转动，坯料与炉底无相对滑动，氧化铁皮不易脱落，且炉子装出料炉门在一侧，密封好，冷空气吸入少、氧化铁皮少；n4）管坯放置位置灵活（可放料也可空出），便于更换管坯规格，操作灵活。n5）机械化和自动化程度高。(2)环型加热炉的优、缺点优点：30缺点1）炉子占用车间面积大；2）管坯在炉底上呈辐射状间隔布料，炉底面积的利用较差；3）炉子结构复杂，维修困难，造价高。缺点31环形炉的小时产量（吨/小时）n X=A/nA:装炉量；：加热时间nA=n（3600）/G：装出料夹角（300）：布料角（1.52.0,直径大取大值）n:装料排数 G:坯料的单重D中思考题：计算1Cr18Ni9Ti,1101800的坯料在中径为17m炉宽4400mm的环形炉中加热，问小时产量是多少？环形炉的小时产量（吨/小时）X=A/D中思32 二、管坯定心二、管坯定心（1）管坯定心：是指在管坯前端面钻孔或冲孔。（2）定心目的：使顶头鼻部正确地对准管坯轴线，防止 穿孔时穿扁；减小毛管壁厚不均；改善 二次咬入条件。（3）定心方式：a：热定心：效率高，应用广；b：冷定心：效率较低，仅用于穿孔性能 较差的钢材，如高合金钢、高碳钢及重要用途的钢材。压力加工工艺学-钢管生产课件33（4）定心参数：二辊斜轧时 1）定心孔直径：d=(0.150.25)Dp，大体上 等于管坯在穿孔时受复杂应力作用产生的 中心疏松区的直径；2）定心孔深度：a)碳素钢s=710mm，以减 少前端壁厚不均；b)高合金钢等s=2030mm，以改善二次咬入条件；c)对可穿性极低的钢材，可钻 通。压力加工工艺学-钢管生产课件3423 无缝钢管的穿孔工艺n坯料穿孔的目的：是将实心的管坯穿制成符合要求的空心毛管。根据穿孔中金属流动变形特点，可将穿孔方法分类如下。管管坯坯穿穿孔孔圆轧坯圆轧坯圆连铸坯圆连铸坯方轧坯方轧坯方铸坯方铸坯多角锭多角锭斜轧穿孔斜轧穿孔三辊斜轧三辊斜轧二辊斜轧二辊斜轧曼乃斯曼穿孔机曼乃斯曼穿孔机狄舍尔穿孔机狄舍尔穿孔机菌式穿孔机菌式穿孔机盘式穿孔机盘式穿孔机纵轧穿孔纵轧穿孔P.P.MP.P.M轧机轧机(不用多角锭不用多角锭)压力穿孔压力穿孔23 无缝钢管的穿孔工艺坯料穿孔的目的：是将实心的管坯穿35一、穿孔机n（1）曼乃斯曼穿孔机：n它是由两个相对于轧制线左右倾斜布置的主动轧辊、两个上下布置固定不动的导板及一个位于中间固定不动的顶头构成了一个“环形封闭的孔型”。实心坯料经过此“孔型”后成了中空的管体。231 穿孔机的主要种类及穿孔变形 区 曼乃斯曼穿孔机的环形孔型图1轧辊；2导板；3顶头；4顶杆；5管坯；6毛管德国曼乃斯曼（Mannesmann）兄弟发明的，瑞士工程师斯蒂弗尔（R.C Stiefeil）加以完善。一、穿孔机231 穿孔机的主要种类及穿孔变形 区 曼36n曼乃斯曼穿孔机的特点：n 对心性好，毛管壁厚较均匀，延伸系数=1.254.5；n 穿孔时的变形及应力状态条件较差，毛管内外表面易产生缺陷；n 轧制中旋转横锻效应大附加变形严重，能耗大；n 受电机驱动条件限制，送进角较小(13，故轧制速度不快）。送进角：轧辊轴线与轧制线在包含轧制线的垂直平面上投影之间的夹角。曼乃斯曼穿孔机的特点：送进角：轧辊轴线与轧制线在包含轧制线的37图415 100穿孔机设备布置简图1受料槽；2.气动进料机；3.齿轮联轴节；4.主电机；5.减速齿轮座；6.万向连接轴；7.扣瓦装置；8.穿孔机工作机座；9.翻料沟；10.顶杆小车；11.至挡架；12.定心装置；13.升降辊；14.顶头；15穿孔机轧辊曼乃斯曼穿孔机的布置图415 100穿孔机设备布置简图曼乃斯曼穿孔机的布置38（2）狄舍尔穿孔机（2）狄舍尔穿孔机39特点：主动导盘的圆周线速度(2.12.3m/s)大于毛管的出口速度(1.11.2m/s)，使其生产效率提高了(从0.7提高到0.8以上)；在送进角(原始位置=13，可在813内调节)15的范围内，金属的可穿性可提高20%以上；轧辊上下布置并采用双传动机构，较好的解决了大送进角穿孔机的主传动布置问题，使万向接轴始终在小倾角条件下工作，既运动平稳又不易磨损；导盘比导板的寿命高4倍；高穿孔速度使顶头受热负荷的时间短，因而提高了顶头的使用寿命；可穿长的薄壁管；导盘的造价低，约为导板的1/8。特点：40(3)双支撑的菌式穿孔机 双支撑菌式穿孔机示意图(3)双支撑的菌式穿孔机 双支撑菌式穿孔机示意图41特点：1）轧辊轴线除与轧制线倾斜一个送进角外，还有一个辗轧角。2）导向工具可用导板或导盘。3）轧辊呈锥形，其直径沿穿孔变形区逐渐增大。从而有利于变形区中轧辊与轧件间的速度(轴向、切向)能较好的匹配，减轻了变形区中金属的堆积，促进延伸，提高了穿孔效率和可穿性。2)减少了扭转变形和横向剪切变形，从而减少了内外表面缺陷发生的几率。特点：1）轧辊轴线除与轧制线倾斜一个送进角外，42(4)三辊穿孔机 第一台工业三辊穿孔机于1965年投产。它与二辊斜轧穿孔区别在于：它以三个主动轧辊和一个顶头构成“封闭的环形孔型”，三个主动轧辊呈120布置，各自与轧制线呈一送进角。(4)三辊穿孔机 第一台工业三辊穿孔机于1965年投产。它与43特点：1）优点：扩大了可穿钢种的范围。改善了毛管的内外质量(无导板划伤及中心撕裂问题)。提高了穿孔效率(比二辊高1520%以上)。减少了单位能耗(比二辊小3340%)。更换毛管规格方便。毛管尺寸比较稳定(各毛管之间、同一毛管头尾之间尺寸差比二辊小)。2）缺点：不能穿制薄壁管，通常Dm/m14，否则会出现尾三角缺陷。顶头寿命是薄弱环节(顶头轴向阻力较大，Q/P0.40.5，顶头鼻部的 单位压力比二辊大15%左右)。三辊穿孔时有可能出现毛管分层缺陷。特点：44（5）推轧穿孔推轧穿孔法(PressPiercing Mill，简称P.P.M)是一种直接以连铸方坯为坯料生产毛管的方法。由瑞士人A.H.Calmes于1957年开始研究发明的，1977年正式投产。（5）推轧穿孔推轧穿孔法(PressPiercing Mi45n 特点1）优点：可穿连铸方坯，降低成本 毛管表面质量好 (主要是中心部分变形，使粗大疏松的组织得到加工而变得致密；同时在三向压应力作用下，毛管内外表面不会产生裂纹)。工具消耗和能耗少 （实测：单位能耗为二辊斜轧的20%左右；顶头平均单位轴向力仅为压力穿孔的50%左右，因而工具消耗较少。）为穿制低塑性高变形抗力的高合金钢创造了条件 （由于应力状态好和单位能耗少。）生产率可达2根/分，比压力穿孔高。特点462）缺点：穿孔延伸系数小，ck1.1，穿孔后须配备延伸机；穿孔前须设方坯定型机。是毛管壁厚严重不均。2）缺点：47 轧辊示意图1桶形轧辊；2菌形轧辊；3盘形轧辊二、穿孔机变形工具（1）轧辊：主传动的外变形工具。形状有桶式、菌式、盘式等，而以桶式为最常见，它通常可分成三段：入口锥：咬入管坯，实现管坯穿孔；：轧制带：起过渡带作用；：出口锥：实现毛管减壁，平 整毛管表面，均匀壁厚及完成毛管归圆。轧辊示意图二、穿孔机变形工具（1）轧辊：主传动的外48（2）导盘和导板：分别为主动和不动的外变形工具。作用：为管坯和毛管导向，使轧制线稳定；限制毛管的横向变形，并与轧辊一起构成封闭的外环。导板也分三段：入口斜面：导入管坯；过渡带：起两个斜面的过渡作用。出口斜面：导出毛管，并限制扩径；导板（2）导盘和导板：导板49（3）顶头 一般为随动的内变形工具，其轴向不能移动，但可以旋转。作用：实现从实心管坯到中空毛管的变形，这一变形是钢管穿孔的主要变形，因而其工作条件非常恶劣，对穿孔质量和生产有重大影响。a顶头示意图a更换式非水冷顶头；b内外水冷顶头；c内水冷顶头L0(鼻部)：对正管坯定心孔，便于穿正；L1(穿孔锥)：穿孔并使毛管减壁；L2(平整段：锥角与辊同)：均整毛管内外表面；L3(反锥)：甩圆并防止毛管脱出顶头时划伤。（3）顶头 a顶头示意图L0(鼻部)：对正管坯定心孔，便50顶头：穿孔顶头：穿孔重要重要变形工具变形工具完成管坯完成管坯内径内径变化。变化。鼻鼻子子穿孔穿孔锥锥平整区平整区反锥反锥顶顶杆杆顶头顶头2顶头：穿孔重要变形工具完成管坯内径变化。鼻子穿孔锥平整区反51压力加工工艺学-钢管生产课件52三、变形区的构成(二辊斜轧穿孔)穿孔变形区（1）变形区的组成及作用 穿孔准备区：从管坯开始咬入到与顶头鼻部接触止，即轧实心管坯。作用：顺利实现管坯一次咬入；为二次咬入积累足够的剩余摩擦力。径向压缩，一部分横向变形，一部分纵向延伸，因而管坯头部形成一个喇叭口状的凹陷(即疏松区)。三、变形区的构成(二辊斜轧穿孔)穿孔变形区（1）变形区的组53 穿孔区：从金属与顶头相遇开始到顶头的平整段为止。作用：实现穿孔并使毛管减壁。主要是纵向变形(延伸)较大，因为，辊表面与顶头越来越近，被压缩的金属向纵向、横向运动，但横向有导板(导盘)的阻挡，因此，纵向变形是主变形，变形量可达到5左右。辗轧区(平整区)，与顶头平整段对应的部分。作用：辗轧(均整)管壁，改善管壁的尺寸精度和内外表面质量(顶头母线与辊母线平行)。转圆区(归圆区)，平整段后，轧辊与毛管接触的部分。作用：靠轧辊的旋转加工把椭圆形毛管转圆。变形特点：实际上是塑性弯曲变形，但由于该区较短且变形量不大，一般不与考虑。穿孔区：从金属与顶头相遇开始到顶头的平整段为止。辗轧54（2）斜轧穿孔的过程二辊斜轧穿孔的过程可分解为三步：管坯头部进入到出来；从头部出来到尾部进入；从尾部进入到出来。由于、为不稳定状态，因而外径大小会出现了头粗尾细中间均的现象(曼乃斯曼穿孔机表现尤为突出)。原因：（1）管坯头部进入时，由于顶头正面有阻力，相当于冲压镦粗，且管坯头部无外端约束(由最小阻力法则，轴向，横向)，金属向外侧流动，因而使管坯头部变粗；（2）中间部分管坯两侧有外端约束，阻碍了金属的横向流动，所以中间均匀；（3）当尾部进入时，顶头正面阻力，瞬间减少，导致轴向阻力，因而，轴向，横向，故出现尾细。压力加工工艺学-钢管生产课件55232 二辊斜轧运动学(1)轧件螺旋运动的原因VyVVx轧制线辊轴线 轧辊速度分量图两轧辊轴线交点处的辊圆周速度V，则：那么，切向分量(旋转速度)：轴向分量(前进速度)：式中：Dx所讨论截面的辊径;ng为轧辊转速;为送进角。232 二辊斜轧运动学(1)轧件螺旋运动的原因轧制线56（2）滑动系数的确定 一般轧件速度u小于轧辊速度v，轧件与轧辊间产生相对滑动其速度差可用滑动系数来表示。滑动系数 轧件的前进速度 而轧件的旋转速度 式中：、轴向、切向滑移系数，而又称轧制效率；都小于1。（2）滑动系数的确定 一般轧件速度u小于轧辊速度v，轧件57轧件速度合成的滑动系数(速度系数)一般，经验上取 =0.40.9，=0.51.05。结论：（1）由于送进角的存在，可将轧件的速度分解成两个速度分量，一个旋转，一个前进，从而使轧件螺旋前进。（2）若ng，ux、uy，则产量；若，ux，uy，可提高生产效率，但螺距，(，变形区长，交变应力，孔)；（3）若x，则ux，咬入，产量。轧件速度合成的滑动系数(速度系数)一般，经验上取 58233 二辊斜轧穿孔的咬入条件斜轧穿孔过程存在两次咬入:(1)第一次咬入:管坯与轧辊刚接触，轧辊通过摩擦带动轧件做螺旋运动而进入变形区；(2)第二次咬入:管坯在轧辊带动下，克服顶头或内变形工具的阻力而继续进入穿孔变形区，形成稳定的轧制过程。每次咬入都必须同时满足前进条件和旋转条件233 二辊斜轧穿孔的咬入条件斜轧穿孔过程存在两次咬入59（1）一次咬入条件：必须同时满足旋转和前进的条件。1）旋转条件：管坯旋转动力矩管坯旋转阻力矩 即：n(MT-MN)0式中：MT=Td（旋转摩擦力矩）MN=Pc（旋转阻力矩）n:轧辊数目PTTdcP（1）一次咬入条件：必须同时满足旋转和前进的条件。1）旋转条602）前进条件：管坯轴向咬入力管坯轴向阻力 即：n(TX-NX)P0 0式中：TX:摩擦力的轴向分力；NX:正压力的轴向分力；P0:外加顶推力，非顶推时其值为0；n:轧辊数目。P0NTNxTx2）前进条件：管坯轴向咬入力管坯轴向阻力P0NTNxTx61经数学推导得到初次轧入的综合条件公式：式中：1：轧辊入口锥角；：送进角；n：轧辊数；i=r坯/R辊。在实际生产中，16，180，i0.3，而，因而可实现一次咬入。经数学推导得到初次轧入的综合条件公式：62（2）二次咬入条件：也必须同时满足旋转和前进的条件。1）旋转条件：由于旋转条件只是增加一项顶头的惯性阻力矩，因为顶头是从动的，其值相对较小，故影响不大，因而旋转条件等同于一次咬入。2）前进条件：需克服顶头的轴向阻力Q0 n(TX-NX)Q0 0经数学推导整理后：（2）二次咬入条件：也必须同时满足旋转和前进的条件。1）旋转63式中：顶头鼻部给金属的平均单位压力Mpa，小机组实测 ；：轧辊给轧件的平均单位压力Mpa；：穿孔准备区金属与轧辊的接触宽度(mm)；：顶头鼻部半径；：摩擦系数；：顶前压下率；：管坯直径；：入口锥角。式中：64234 二辊斜轧穿孔时的金属变形（1）基本变形：管坯穿成毛管时，轧件的体积不变。则：取对数：234 二辊斜轧穿孔时的金属变形（1）基本变形：管坯65（2）附加变形：附加变形是指轧件的内部变形，也称无用变形，由轧件的不均匀变形引起的。增大轧件的变形应力，引起毛管中产生缺陷的几率增大。包括纵向变形、切向变形、扭转变形。纵纵向向剪剪切切变变形形：指内外层金属沿纵向产生附加相互剪切。即外层金属拉动内层金属，而内层阻碍外层，因而各层沿纵向相互剪切，其大小用角(指管壁金属纤维某点的切线与管壁垂线夹角)表示，角越大，纵向剪切变形越严重。产生原因：穿孔时，轧辊带动毛管外层金属轴向延伸，而顶头阻止内层金属轴向流动，从而导致各层金属轴向流动的差异，产生了纵向剪切应力。它易导致表面裂纹(横裂)缺陷。减少措施：采用主动顶头，或加润滑剂等来减少。内表面外表面 纵向剪切变形（2）附加变形：附加变形是指轧件的内部变形，也称无用变形，由66 横向剪切变形横向剪切变形：内外层金属沿横向产生附加相互剪切。轧制时，外层金属切向流动的角速度大于内层，使金属纤维弯曲成C型，减壁量越大，金属切向流动的角速度的差异就越大，弯曲就越大，其大小用表示(指在管壁厚度的0.5s处的切线与过该点的径向线之间的夹角)，角越大，横向剪切变形越严重。产生的原因：顶头的阻力与轧辊的动力共同作用的结果。是造成毛管纵裂、折叠、分层等缺陷的原因。减少措施：加润滑剂降低顶头阻力。s横向剪切变形 横向剪切变形：内外层金属沿横向产生附加相互剪切。s横向67 扭转变形：扭转变形：是由于变形区中管坯各截面的角速度不同引起的。是不可避免的。由于所以管坯各截面处的转速并不相同，必然产生扭转现象，这样使坯料表面原有的裂纹、起皮、夹层等缺陷，扭转后很容易形成外折叠。减少扭转的方法主要是降低1、2。扭转变形：是由于变形区中管坯各截面的角速度不同引起的。是68235 二辊斜轧穿孔时的孔腔形成理论 孔腔：旋转横锻、横轧或斜轧实心工件时，工件产生的纵向内撕裂。a)切应力理论：认为中心撕裂是管坯中心受交变的剪切应力作用的结果，断裂为韧性破裂。代表人物是德国的E吉贝尔(Siebel)，目前欧美仍采用此理论。切应力作用下的中心撕裂PP235 二辊斜轧穿孔时的孔腔形成理论 孔腔：旋转横锻、69b)正应力理论 :认为中心破裂是管坯中心受横向拉应力作用的结果，属于脆性断裂。代表人物是前苏联，B.C萨米尔诺夫.PP正应力作用下的中心破裂认为：斜轧实心圆管坯时，由于外力具有集中载荷的特征，塑性变形只发生在表面，而向中心方向的塑性变形迅速减小，中心将不产生塑性变形，只产生弹性变形，是所谓的弹性核。沿横向、纵向的不均匀变形，使管坯中心受到轴向(x)、横向(y)应力作用(图)，旋转时，管坯中心的附加残余应力不断积累，以至在外力方向上产生很大的拉应力(z)，当应力y、zb时，内部产生了脆性断裂，形成了孔腔。b)正应力理论 :认为中心破裂是管坯中心受横向拉应力作用的70c)综合应力理论:认为孔腔形成是由于中心金属受交变的切应力和很大的拉应力共同作用的结果，属于韧、脆性断裂。1)在斜轧时，坯料旋转，塑性变形不断向中心深入，最终坯料中心也产生相当大的塑性变形。2)所受应力情况是一向压缩，两向拉伸。3)在应力场作用下，轧件中心不断受增大的切应力和拉应力作用，切应力使金属滑移变形产生微裂，拉应力使微裂扩展成缝，最终形成孔腔。整个过程是：切应力的作用使中心产生塑性变形而微裂，微裂在轴向拉应力的作用下形成许多未相互连接的裂缝，使中心疏松，再在横向拉应力作用下扩展成不可焊合的孔腔。c)综合应力理论:认为孔腔形成是由于中心金属受交变的切应力71影响孔腔形成的因素:(1)钢的自然塑性(化学成分、冶炼质量、组织状态等):塑性，可穿性，孔腔。(2)送进角:若，变形区，交变应力，孔腔。(3)穿孔温度t：无论t还是t，使塑性，孔腔。(4)封闭孔型的椭圆度系数：(=导板间距/轧辊间距，曼：不能太小，否则不利于变形；狄：可小些，且变形好些。)，若，横向y，孔腔(交变)。(5)顶前压缩量h：若h，不均匀变形，y，交变，孔腔。(6)轧辊的入口锥角1：若1，变形较均匀，附加应力不易产生，孔腔。(7)主动导盘：有利于纵向变形，变形不均匀性，孔腔。(8)轧辊磨损：增加滑动，光转不走，从而使交变，孔腔。凡凡是是增增加加不不均均匀匀变变形形的的因因素素，凡凡是是使使金金属属塑塑性性变变差差的的因素，都能促进孔腔形成。因素，都能促进孔腔形成。影响孔腔形成的因素:72236 二辊斜轧穿孔时的轧制力计算(曼氏穿孔机)1接触面积的确定b：接触区宽度；l：接触区长度。（1）接触区宽度的确定 数学推导得任一截面的接触宽度为：Dx、Rx：辊任一截面的直径、半径，dx、rx：任一截面的管坯长轴直径、半径，bx：任一截面的接触区宽度，d：任一截面的辊间距。236 二辊斜轧穿孔时的轧制力计算(曼氏穿孔机)173（2）变形区长度的确定几何推导：上式在=812范围内，所得结果偏高，但不超过810%。若考虑送进角的影响，采用下式计算。（2）变形区长度的确定几何推导：上式在=81274契革马略夫简化式契革马略夫简化式：入口锥：，则 。b：轧制带处接触区宽度。出口锥：，则 。通常情况下考虑压扁，故增加一个压扁数(1.51.8)，一般情况下取1.5，则出口锥接触面积为：故：契革马略夫简化式：752求单位平均压力及总轧制力由于各变形区的受力情况差别很大，理论上计算单位平均压力很困难，故采用下列经验计算公式：n：应力状态影响系数，k：金属平面变形抗力，s：屈服极限 它们分别为摩擦、外区、张力、轧件接触宽度、孔型对单位平均压力的影响系数；斜轧时，在入口锥变形区，相当于高轧件轧制(在轧制带处bx/Dpx=0.250.35)，所以外区影响很大，因而n=nL。2求单位平均压力及总轧制力n：应力状态影响系数，k：金属76 契革马略夫实验式：契革马略夫实验式：管坯直径总压下率%，（s需由、t、查表，）入口锥单位平均压力:出口锥单位平均压力:入口锥轧制压力:出口锥轧制压力：总轧制力：契革马略夫实验式：管坯直径总压下率%，（s需由、t77影响穿孔轧制力的因素影响穿孔轧制力的因素:(1)轧制温度:t，P;(2)轧辊直径:D，F接，P;(3)压下量h:h，F接，P;(4)入口锥角1:1，F接，P;(5)金属塑性:s，P。凡是影响金属塑性及接触面积的因素，都影响轧制力。影响穿孔轧制力的因素:78237 二辊斜轧穿孔机的工具设计 要求：要求：咬入条件好，穿孔过程进行顺利；毛管笔直，内外表面质量和尺寸好；单位能耗小；工具寿命高，磨损均匀；机组生产率高。1轧辊设计(桶型辊)轧辊直径的确定：考虑强度、咬入、穿孔效率等。12L1L2L3DR1R2 二辊斜轧穿孔机的轧辊一般：大型机组(400)：1/i=4.0左右；中型机组(250)：1/i=4.55.0；小型机组(140)：1/i=67.5。237 二辊斜轧穿孔机的工具设计 要求：咬入条79 辊身长度：考虑管坯的直径压下量和毛管外扩径量。L1：入口锥长度，考虑压下量 L2：出口锥长度，考虑扩径量L3：辗轧带，一般L3=020mm，或L3=（0.010.04）L穿；当1、2很小时，L3取零，即两锥用大圆弧过度。一般R1=R2=1525 mm 辊身长度：考虑管坯的直径压下量和毛管外扩径量。L1：入80 入、出口锥角的确定1：为改善毛管质量和咬入条件，提高生产效率，尽量取小一些。若1，咬入，但L1，顶前易形成孔腔，对表面质量不利，且轧制力。经验值：1=2.54.5，常取3330。2：若2，扩径量，螺旋壁厚不均严重；2，可改善毛管质量和壁厚不均，但也限制了扩径量。经验值：2=2.54.5；用小管坯生产大口径管时，2有时可达8。入、出口锥角的确定81 轧辊材质1）轧辊的结构 整体式：辊身与辊轴成一体，不常用。组合式：辊身与辊轴套在一起，装配时采用“红装”加键，只报废辊身，经常采用。2）材质 辊轴：常用40Cr、45Cr等综合性能好的材料。辊身：常用50Mn、65Mn等，铸钢或锻钢，硬度HB：141184，易咬入、耐磨。轧辊材质1）轧辊的结构822 顶头设计（以更换式非水冷顶头为例）顶头直径Dt：由轧制表：Dt=dmdk dk=(0.0750.00135m)Dp 或dm、Dm、m：毛管内径、外径、壁厚，Dp：管坯直径，dk：内扩径量(鞍钢515mm)。2 顶头设计（以更换式非水冷顶头为例）顶头直径Dt：83 顶头鼻部顶头鼻部 鼻鼻部部直直径径d0应应等等于于小小于于定定心心孔孔直直径径，或大体等于管坯中心疏松区直径。或大体等于管坯中心疏松区直径。即：即：d0=（0.150.25）Dp，(d0一一般般不不宜宜过过大大，即即使使大大顶顶头头也不大于也不大于35mm)L0=（0.81.0）d0，。水水冷冷顶顶头头一一般般无无鼻鼻部部，顶顶部部用用圆圆弧弧过度，过度，r=r0=d0/2。顶头鼻部 84 穿孔锥长度穿孔锥长度L1：有弧线、直线和特殊曲线形。：有弧线、直线和特殊曲线形。一般：一般：L1，F接接，阻力，阻力，过长还会引起轧卡；，过长还会引起轧卡；L1，变陡，阻力，变陡，阻力。通通常常 L1=（12.5）Dt，大大直直径径顶顶头头取取小小值值(采采用用大大的的时时，增增加加2030%)。直径直径D1及轮廓母线半径及轮廓母线半径R：母线锥角t通常为1215 穿孔锥长度L1：有弧线、直线和特殊曲线形。母线锥角t通85 辗辗轧轧带带(平平整整段段)L2：确确保保毛毛管管上上任任一一点点金金属属在在辗辗轧轧带带上上至至少少被被加加工工一一次次，以以均均匀匀壁壁厚厚。所所以以：L2=（1.51.75）Zch；Zch：毛毛管管出出口口锥锥的的1/n螺螺距距，n为为轧轧辊辊数数目。目。反锥反锥L3：防止划伤钢管内表面，并起平衡作用。：防止划伤钢管内表面，并起平衡作用。固固定定式式(外外更更换换式式)水水冷冷顶顶头头：L3=515 mm；更更换换式式非水冷：非水冷：L3=3050 mm。水冷顶头的壁厚：兼顾强度和水冷效果。水冷顶头的壁厚：兼顾强度和水冷效果。t：太太厚厚，冷冷却却效效果果不不好好；太太薄薄，易易炸炸裂裂。通通常常t=（0.130.2）Dt。顶头材质顶头材质 更更换换式式非非水水冷冷顶顶头头：20CrNi3A；小小机机组组水水冷冷顶顶头头：20CrNi4VA、3Cr2W8V。经经热热处处理理后后获获得得致致密密的的氧氧化化膜膜。穿穿制制不不锈锈钢钢时时用用：MTZ（MoTiZr，即即钼钼钛钛锆锆合合金金），预热预热850950，并用玻璃粉润滑。，并用玻璃粉润滑。辗轧带(平整段)L2：确保毛管上任一点金属在辗轧带上至862.4 毛管轧制轧制目的：穿孔以后的毛管必须进行壁厚加工，同时还要对外径进行加工，才能投入使用。毛管轧制就是对穿孔以后的毛管进行壁厚加工，实现减壁延伸，使壁厚接近或等于成品壁厚。毛管轧制的方法包括：（1）斜轧：斜轧延伸机(芯头)、狄舍尔延伸机(芯棒)、锥形辊延伸机(芯棒)以及三辊轧管机（ASSEL）等；（2）纵轧：自动轧管机、连轧管机、三辊连轧管机等；按照机架形式及内变形工具的类型，纵轧基本可分三类：空心、长芯棒、短芯头。a空心管轧制；b长芯棒轧制；c短芯头轧制2.4 毛管轧制轧制目的：穿孔以后的毛管必须进行壁厚加工，同872.4.1连轧管机（纵轧）连轧管机（纵轧）n生产小口径钢管的高效能轧机（生产率最高、质量最好）。n布置：将毛管套在长芯棒上，经过多机架顺次布置，相邻机架辊缝互错90的连轧机轧成钢管。a)全浮动芯棒：Mandrel Mill(M.M)芯棒随同管子自由运动的长芯棒连轧管机。b)限动芯棒：MultiStant Pipe Mill(M.P.M)c)半限浮芯棒2.4.1连轧管机（纵轧）88压力加工工艺学-钢管生产课件89连轧管机优点1.在连续的89机架中以大压下量一次完成一次完成轧制，高效获得长尺长尺钢管（33米、240根时）。2钢管质量高质量高：可减小穿孔变形，从而穿孔表面穿孔表面缺陷缺陷。交替轧制钢管，消除穿孔螺旋壁厚不均，调质磨光的特殊芯棒使内外表面平滑表面平滑。3容易实现自动化自动化：芯棒循环使用，只穿孔需换顶头。整个热轧线可全部自动化。4产品范围广产品范围广：连轧管机本身生产规格少，容易掌握，但可通过配备张力减径机就能生产出多种不同规格的品种。适合生产小口径无缝钢管连轧管机优点90缺点：1.设备费用高。连轧管机上机架刚性大，电机容量大，电气控制系统复杂，连轧机和张力减径机都要有几套备用机架，而且还有一套芯棒加工及热处理的专用设备，因此设备费用比较高；2.长芯棒的制造复杂：储存及维修难，168mm以下小口径管；循环使用每组需要准备1216根芯棒，制造材料多采用合金钢；3.轧制状态比钢板轧制复杂得多，不适合生产高合金钢管，有些问题尚未完全弄清楚。4.脱棒问题：不适合太薄、太厚、太长的钢管生产。尽管如此，连轧管机组由于具有产品质量好，生产能力高的特点，二十多年来得到了迅速发展，对于生产高质量的钢管仍是一种最合适的制管方法。压力加工工艺学-钢管生产课件912.4.2三辊斜轧管机三辊斜轧管机2.4.2三辊斜轧管机92（1）阿塞尔三辊斜轧）阿塞尔三辊斜轧Asseln由三个主动轧辊和一个芯棒组成圆环封闭孔型。目由三个主动轧辊和一个芯棒组成圆环封闭孔型。目的在于创造一种带芯棒轧制的斜轧机来代替无缝钢的在于创造一种带芯棒轧制的斜轧机来代替无缝钢管生产中所必须的自动轧管机和均整机。同时也想管生产中所必须的自动轧管机和均整机。同时也想提高管壁精度和改善表面质量。提高管壁精度和改善表面质量。n缺缺点点：只只可可轧轧Dc/C12的的钢钢管管，当当轧轧更更薄薄管管子子会会出出现现“尾三角尾三角”，使轧制过程无法终结。，使轧制过程无法终结。（2）特朗斯瓦尔（）特朗斯瓦尔（Transval）可轧Dc/Sc50n优优点点：在在Assel基基础础上上发发展展的的轧轧机机，其其特特点点是是机机架架的的入入口口牌牌坊坊可可以以绕绕轧轧制制线线旋旋转转，实实现现了了轧轧制制中中变变送送进进角，变轧制速度。可以避免出现角，变轧制速度。可以避免出现“尾三角尾三角”。（1）阿塞尔三辊斜轧 Assel 932.4.3狄舍尔轧狄舍尔轧管机管机n带长芯棒和主动导盘的二辊卧式斜轧机。带长芯棒和主动导盘的二辊卧式斜轧机。1.优点：导盘产生轴向拉力减少“尾三角”，钢管质量好，偏心小，壁厚变换方便。2.缺点：生产能力低，长度短。n产量低质量高！n配备狄舍尔穿孔机来生产。狄舍尔穿孔机来生产。2.4.3狄舍尔轧管机带长芯棒和主动导盘的二辊卧式斜轧机。94压力加工工艺学-钢管生产课件95压力加工工艺学-钢管生产课件96压力加工工艺学-钢管生产课件972.4.4周期轧管机（周期轧管机（Pilger Mill）n定定义义：轧轧辊辊的的转转向向与与钢钢管管的的送送进进方方向向相相反反的的二二辊辊不不可可逆逆轧轧机机，轧轧辊辊轧轧槽槽的的深深度度在在整整个个圆圆周周上上由由深深向向浅浅变变化化，即即孔孔型型由由大大到到小小，轧轧辊辊旋转一周孔型完成一个变化周期。旋转一周孔型完成一个变化周期。n过过程程：轧轧辊辊每每转转一一周周，毛毛管管某某一一段段被被辗辗轧轧，长长度度为为送送进进量量m（30mm）。当当轧轧辊辊转转到到孔孔型型开开口口区区，又又开开始始新新的的周周期期，即即再再次次送送毛毛管时将毛管转管时将毛管转90，重复前一过程。，重复前一过程。2.4.4周期轧管机（Pilger Mill）定义：轧辊的转98压力加工工艺学-钢管生产课件99空轧区空轧区x；工作区；工作区pn变断面圆孔型横断面有两个区域：变断面圆孔型横断面有两个区域：1.空轧区空轧区（轧辊开口）：张开时，翻钢轧辊开口）：张开时，翻钢90。2.工作区：工作区：1锤头区，孔型半径锤头区，孔型半径，压缩变形；压缩变形；2定定径径区区/研研磨磨区区，孔孔型型半半径径不不变变，轧轧平平管管壁及精整；壁及精整；3出口区，轧辊表面逐渐平稳地脱开钢管出口区，轧辊表面逐渐平稳地脱开钢管 空轧区x；工作区p 变断面圆孔型横断面有两个区域100压力加工工艺学-钢管生产课件101优缺点：优缺点：1.由锭直接轧成钢管：省去管坯车间，减少由锭直接轧成钢管：省去管坯车间，减少建厂投资，降低成本。建厂投资，降低成本。2.生产大直径管和异型管，且长度较大。生产大直径管和异型管，且长度较大。3.产品品种少，钢管质量较差，生产率低。产品品种少，钢管质量较差，生产率低。优缺点：102压力加工工艺学-钢管生产课件1032.4.5自动轧管机（轧管机均整机）自动轧管机工作原理1903年，瑞 士 人 斯 蒂 芬 尔(R.C.stiefel)发明的，1906年建立了世界上第一个机组。工作特点：上工作辊和下回送辊同步。工作辊上配有孔型，轧后钢管产生对称的壁厚不均，为使钢 管 壁 厚 均 匀 和 有 较 大 延 伸(2.3)，需轧23道次(由于低于950，管将会轧裂，所以轧两道)，翻钢在同一孔型中轧制，高度不变，靠顶头来调整。回送辊有相应较大的孔型。2.4.5自动轧管机（轧管机均整机）自动轧管机工作原理19104压力加工工艺学-钢管生产课件105n轧制特点：轧制特点：（1）轧轧管管一一般般两两道道次次，第第一一道道次次主主要要变变形形，第第二二道道次翻次翻90，消除孔型开口处管壁的偏厚量。，消除孔型开口处管壁的偏厚量。（2）延延伸伸系系数数低低，要要求求配配有有较较大大延延伸伸的的穿穿孔孔机机，一一般需般需二次穿孔。二次穿孔。（3）轧轧管管开开口口处处（孔孔型型开开口口）毛毛管管纵纵向向壁壁厚厚不不均均，轧管机后配有二辊斜轧轧管机后配有二辊斜轧均整机均整机。目的是：。目的是：A消除壁厚不均消除壁厚不均B磨光表面（内外）磨光表面（内外）C圆正圆正D三辊均整机还可实现减壁三辊均整机还可实现减壁2015%压力加工工艺学-钢管生产课件106（1）常用孔型系统Raberg椭圆孔型图1）椭圆孔型 若a，b已知，则：得：令：（椭圆度系数），得：（1）常用孔型系统Raberg椭圆孔型图1）椭圆孔型 107abrgR带圆弧侧边的圆孔型图2）带圆弧侧边的圆孔型 推导计算得侧壁半径：开口角，30时，侧边变为直线。即abrgR带圆弧侧边的圆孔型图2）带圆弧侧边的圆孔型 108（2）自动轧管时的变形过程：三个阶段 压扁变形：开始，四点接触，塑性弯曲变形；减径变形：轴向延伸，管壁有所增加；减壁变形：顶头参与，壁厚减薄，延伸增加。（3）采用短而固定顶头轧管时的变形特点1）特点：在其横截面上产生严重的变形不均。）特点：在其横截面上产生严重的变形不均。因为：在孔型顶部，在顶头作用下，管壁被压缩，纵向延伸增加，管壁减薄。在孔型开口处，由于侧壁有斜度，宽展向内、外壁发展，所以，管壁厚增加，因而轴向延伸降低，导致管边部产生轴向拉应力，顶部产生轴向压应力，壁厚严重不均。（2）自动轧管时的变形过程：三个阶段（3）采用短而固定顶头轧1092 2）克服横向变形不均的措施）克服横向变形不均的措施合合适适的的宽宽高高比比。即即 ，薄薄管管取取小小值值，若若太太小小，易易出出“楞子楞子”，甚至咬入困难；太大，尺寸不精，不均变形严重。，甚至咬入困难；太大，尺寸不精，不均变形严重。轧轧制制温温度度要要准准确确。温温度度无无论论升升高高或或降降低低，都都会会使使金金属属的的塑塑性性降降低，导致横裂缺陷。低，导致横裂缺陷。采用多面孔型。采用多面孔型。尽量与实际情况吻合，减少横向变形不均。尽量与实际情况吻合，减少横向变形不均。适当的压下量。适当的压下量。至少轧两至少轧两23道次，（碳：道次，（碳：2道；合：道；合：3道）道）合合适适的的顶顶头头锥锥角角rt。一一般般rt=712（常常用用的的1215）。太太大大，正面阻力大，不利于二次咬入；太小，摩擦阻力大。正面阻力大，不利于二次咬入；太小，摩擦阻力大。顶顶头头润润滑滑，以以降降低低摩摩擦擦阻阻力力。（加加NaCl，在在1100升升华华，液液化后做润滑剂。）化后做润滑剂。）设设均均整整工工序序。靠靠扩扩径径改改善善横横向向壁壁厚厚不不均均，可可提提高高均均匀匀度度1820%。2）克服横向变形不均的措施110（4）轧管运动学 同普通纵轧一样，有前滑、后滑，类似薄板轧制，粘着区较小。在孔型中各点的辊径和线速度不同，在孔型顶部有前滑，孔型底部有后滑。其前滑系数：Dw:出口截面的工作辊直径：出口截面的工作辊直径：。（大于槽底，小于槽口）。（大于槽底，小于槽口）Dz:孔型直径孔型直径(轧后钢管直径，等于轧槽高轧后钢管直径，等于轧槽高)。D0:轧辊名义直径。轧辊名义直径。（4）轧管运动学Dw:出口截面的工作辊直径：111（5）自动轧管机咬入条件咬入也分为两次咬入：一是轧辊将轧件曳入减径区；二是毛管内表面同顶头接触而被曳入减壁区。1）一次咬入条件LTNxTxN0.5DmC0.5zRmin一次咬入时的受力分析0 如果毛管与孔型顶部先接触，则同纵轧一样满足：初次咬入角：（5）自动轧管机咬入条件咬入也分为两次咬入：一是轧辊将轧件曳112开始时，轧件有四点与孔型侧壁接触，实现咬入即：TxNx所以：孔型的开口角：按最先接触点计算的咬入角：孔型高：摩擦系数，对铸铁轧辊 开始时，轧件有四点与孔型侧壁接触，实现咬入即：TxNx所1132）二次咬入条件 采用经验式：当翻钢轧第二道时：一次咬入：管与孔型顶部接触 二次咬入为：为第二道次的咬入角；：孔型的宽、高；：为第二道次的减壁角。2）二次咬入条件 采用经验式：当翻钢轧第二道时：一次咬入：114（6）轧制力计算 1）接触面积 F=F1+F2 B.N安尼西格夫公式求总面积：该公式未考虑压扁，计算结果偏低(薄：2530%，厚：1520%，小机组：10%)，因而采用修正式：K为系数(薄：1.251.4，厚：1.151.2，小机组：1.1)。求F1和F2的面积：经验式：F2=(1.061.1)bL2 则：F1=FF2，L2：减壁区接触弧长水平投影。变形区可分为：减径区(L1)、减壁区(L2)，总变形区为L0=L1+L2；D0:轧辊名义直径；Dmin:孔型顶部直径；Dm:毛管直径；a:孔型高;b:孔型宽（6）轧制力计算 1）接触面积 F=F1+F2 B115（2）单位压力 减径区：减壁区：外区影响系数；：外摩擦影响系数；：减径区毛管平均外径；：毛管壁厚；L1：减径区接触弧长水平投影。（3）轧制力（2）单位压力 减径区：减壁区：外区影响系数；：外摩擦116（7）钢管均整 1）均整的作用均整钢管的壁厚，消除轧管造成的壁厚不均；光滑内外表面，消除轧管造成的直道表面缺陷；使钢管圆正；如果三辊均整，可实现1520%的减壁量；对厚壁管起到定径的任务。（7）钢管均整 1）均整的作用1172）均整变形过程 轧制线轧辊轴线dcba均整变形区示意图a 减径区：从钢管与轧辊接触到与顶头接触止。作用：顺利实现一次咬入；为二次咬入积累摩擦力。钢管变椭，螺旋前进。b 管壁压缩区：从与顶头接触开始，到轧辊轴线与轧制线的交叉点为止。作用：实现二次咬入，同顶头工作锥(圆柱带)一起压缩壁厚。c 辗轧区：从交叉点到顶头工作锥的末端止。作用：变形甚微，光滑内外表面，起精整作用。d 转圆区：从顶头工作锥的末端到脱离顶头为止。作用：归圆(甩圆)，进一步均整壁厚。2）均整变形过程 轧制线轧辊轴线dcba均整变形区示意图a 1183）均整机的结构二辊均整机的结构大体上与穿孔机类似，但相对简单些。4）主要工具 轧辊辊型L1L2L3L2L1L3L1L2R2R1RR2R11122均整机的辊型a圆柱型；b圆锥型；c锥柱型ac ba.圆柱型：壁厚易控制，顶头在变形区内的位置要求不严格，操作容易，但咬入困难，扩径量小。b.圆锥型：扩径量大，但对顶头在变形区内的位置要求非常严格。c.锥柱型：特点介于圆柱型和与圆锥型之间。3）均整机的结构L1L2L3L2L1L3L1L2R2R1RR119 均整机的顶头一般有两种形式。A 圆柱型：与圆柱型辊或锥柱型辊配合；B 圆锥型：与圆锥型辊配合。2525R1R3R3Lt1LtLtLt1Lt2Lt2Lt3Lt3DtjDtj21AB均整机的顶头形式A圆柱型；B圆锥型 均整机的顶头2525R1R3R3Lt1LtLtLt1Lt1205）均整机特征实现“三点轧制”。在车辊时，两轧辊直径相差23mm；并使均整中心线比机器中心线低410 mm。轧制时，轧辊只贴下导板运行，上导板只起导向作用。“三点轧制”保证了轧制线的稳定。扩径均整。扩径量的大小与钢种、壁厚有关，还与下道工序的定径机能力有关；扩径量一般为 。（合金钢、薄壁管取小值；普碳钢、厚壁管取大值。）5）均整机特征实现“三点轧制”。在车辊时，两轧辊直径相差21212.5 钢管定（减）径钢管的定（减）径及张力减径就是钢管空心体不带芯棒的连轧过程。毛管在轧管机上进行了以减壁为主的加工后，已成为壁厚接近成品的荒管。为了扩大生产使用范围，需要对其外径进行加工，同时对壁厚继续进行少量的加工，这就是钢管生产中变形的第三个阶段，定（减）径工序。钢管的定径和减径2.5 钢管定（减）径钢管的定（减）径及张力减径就是钢管空心122定（减）径机分类图定（减）径机种类轧辊数目传动方式张力大小 二辊三辊四辊差速单独集中 定径(无张力)张力减径 减径(无张力或微张力、空减机)定（减）径机分类图定（减）径机种类轧辊数目传动方式张力大小 1232.5.12.5.1定径机定径机u定径的作用：在较小的减径率条件下，将钢管轧成合格的尺寸精度和真圆度的成品管。u其任务一是少量减径，二是归圆。u定径机一般为：312架，常用的为：57架。u在轧制过程中一般没有减壁现象，而且由于直径减小而使得壁厚略有增加。u在新建的轧管机组的定减径设备中，定径机多采用三辊式，因为：三辊的孔型为整体加工，保证了钢管的尺寸精度；整体机座更换，时间短，提高了工作效率；三辊定径机一般选用12架左右且采用分组传动技术，生产灵活性大。定径机的单机减径率一般为35%，最大总减径率为30%左右。2.5.1定径机1242.5.2减径机减径机减径的作用：除起定径的作用外，尚有较大的减径率，以实现大口径管料生产小口径钢管的目的。一般为：924架，常用20架左右。由于机架间少张力或无张力，所以没有减壁现象，相反由于径向压下较大，管壁增厚现象较定径明显。特别是横向壁厚不均显著，常出现内四方(二辊)和内六方(三辊)现象。无张力减径的单机减径率一般为33.5%，总减径率为45%以下。2.5.2减径机1252.5.3 张力减径机张力减径机张