斜轧实心管坯时,在顶头接触管坯前常易出现金属中心现象,当大量裂口发展成相互连接,扩大成片以后,金属连续性破坏,形成中心空洞即孔腔。在顶头前过早形成孔腔,会造成大量的内折缺陷,恶化钢管内表面质量,甚至形成废品,因此在穿孔工艺中力求避免过早形成孔腔。
影响孔腔形成的主要因素有:
1) 变形的不均匀性(顶头前压缩量)
不均匀变形程度主要决定于坯料每半转的压缩量(称为单位压缩量),生产中指顶头前压缩量。顶头前压缩量愈大则变形不均匀程度也愈大,导致管坯中心区的切应力和拉应力增加,从而容易促进孔腔的形成。一般用临界压缩量来表示大压缩量值的限制,压缩量小于临界压缩量则不容易或不形成孔腔。
2) 椭圆度的影响
穿孔过程中在管坯横断面上存在着很大的不均匀变形,椭圆度愈大,则不均匀变形也愈大。按照体积不变定律可知,横向变形愈大则纵向变形愈小,将导致管坯中心的横向拉应力、切应力以及反复应力增加,加剧了孔腔的形成趋势
3) 单位压缩次数的影响
在生产中主要指管坯从一次咬入到二次咬入过程中管坯的旋转次数,次数的增多就容易形成孔腔。
4) 钢的自然塑性
钢的自然塑性由钢的化学成分、金属冶炼质量以及金属组织状态所决定,而组织状态又由管坯加热温度和时间所影响。一般来说塑性低的金属,穿孔性能差,容易产生孔腔。
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表示螺旋运动的基本参数是:切向运动速度、轴向运动速度和每半转的位移量(即螺距)。
首先来讨论轧辊上任意一点的速度,如果轧辊圆周速度为W,则可以分解为两个分量(切向分量和轴向分量)。
VB=WCOSβ=πD Nb/60×COSβ------切向旋转速度 (1)
UB=Wsinβ=πD Nb/60×sinβ-----轴向速度 (2)
式中D----所讨论截面的轧辊直径,mm;
Nb----轧辊转速, rpm;
β----咬入角。
在轧制过程中由于坯料靠轧辊带动,轧辊将相应的速度传递给管坯,则管坯速度为:
VP=πD Nb/60×COSβ= VB 即VP= VB (3)
但实际上轧辊速度和金属速度并非完全相等。一般金属运动速度小于轧辊速度,即两者之间产生滑移,可用滑移系数来表示两者速度,这样
VP=πD Nb/60×COSβ×ητ (4)
UP=πD Nb/60×sinβ×η0 (5)
式中ητ ---切向滑移系数,
η0 ---轴向滑移系数,两者小于1。
在生产中有实际意义的是毛管离开轧辊时的一点速度,众所周知,出口速度愈大,即生产率也愈高。为了简化计算,一般假设轧辊出口速度等于UP,实际误差包含在滑移系数中。
毛管离开轧辊一点的轴向滑移系数可用公式(2)求出轴向速度,除以毛管长度得出理论的穿孔时间,再和实测时间相比,即η0=T理/T实.这样确定η0后,则可计算出毛管离开轧辊的轴向速度。
螺距在变形中是个可变值,并且随着管坯进入变形区程度增加而增加,这是由于管坯-毛管断面积不断减小而轴向流动速度不断增加所致。
毛管离开轧辊一点的螺距值计算公式为:
T=π/2×η0/ητ×DB×tgβ
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1.冷轧钢管的主要质量缺陷包括:钢管壁厚不均、外径超差、表面裂纹、、轧折等。
①提高管坯的壁厚精度是保证冷轧钢管壁厚均匀的重要条件。
②确保管坯的壁厚精度和酸洗质量,润滑质量以及轧管工具的表面光洁度是提高冷轧管壁厚精度的重要保证,应防止管坯过酸洗或欠酸洗,避免管坯表面产生麻面或残留氧化铁皮,加强对轧管工具的冷却以及工具表面质量的检查,及时更换不合要求的芯棒和轧槽块。
③一切减小轧制力的措施都有利于提高钢管的外径精度,包括对管坯进行退火处理,减小轧制变形量,提高管坯的润滑质量和轧管工具的表面光洁度等,采用强度和硬度高的材料来制造轧管工具,并加强对轧管工具的冷却和检查,一旦发现轧管工具严重磨损,就应及时更换,以防止钢管外径超差。
④冷轧过程中所产生的钢管表面裂纹是由于金属的不均匀变形所导致的。为了防止钢管在冷轧时产生表面裂纹,必要时应进行管坯退火以消除金属的加工硬化,提高金属的塑性。
⑤轧制变形量的大小对冷轧钢管产生表面裂纹的影响是至关重要的,适当减小变形量是减小钢管产生表面裂纹十分有效的方法。
⑥提高轧管工具表面的光洁度以及管坯的润滑质量是防止钢管产生裂纹的积极措施。
⑦通过对管坯退火热处理以降低金属的变形抗力,减小变形量,提高轧管工具质量和润滑质量等都有利于减少钢管轧折及划伤缺陷的产生。
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