1背景介紹

1891年德國曼內斯曼兄弟發明周期式軋管機時為穿孔鋼錠，才將軋輥輥型確定下來。其特征是軋輥由導向、穿孔、輾軋、減徑和定徑四段組成。在穿孔和輾軋兩段之間有一個很短的柱狀段，導位裝置為導輥。這種輥型的穿孔機稱為“曼氏穿孔機”。

現在常用的二輥斜軋穿孔機，是斯蒂弗爾于1905年完成的自動軋管機組中采用的。軋輥由兩個錐體以大直徑端對接而成，即桶形輥，導位為導板。

2結構特點

穿孔機由主機架、軋輥主傳動、前臺和后臺組成。前臺設有受料槽和推鋼裝置，后臺有頂桿支持和定心裝置。現代化的穿孔機為提高生產率，頂桿在完成一根毛管的穿孔之后，與毛管一起被拔出軋制線，從毛管中抽出后，進入循環運送系統，經冷卻后從軋制線另一側拔入軋制線，開始另一個工作循環。

我國自動軋管機組中的二輥斜軋穿孔機，沒有頂桿循環運送系統。頂桿固定在推力支座上，在穿孔時，頂桿有推力支座支持，使頂頭處于穿孔工作位置。一個毛管穿完后，推力支座將頂桿自毛管中抽出，毛管被拔出軋制線后，推力支座將頂桿送至工作位置，進行下一根毛管的穿孔。

頂桿和頂頭的結合有兩種方式，一種是頂頭用螺紋擰接在頂桿的前端，頂頭因磨損或更換產品規格而需要更換時，連同頂桿一起更換；另一種方式是頂頭由人工置于穿孔機孔喉處的下導板上，頂桿由推力支座送到工作位置，當管坯被軋輥咬人時，頂頭落在頂桿前端的上，完成穿孔一根毛管后，頂頭落在下導板上，由人工更換頂頭，頂桿由推力支座施出毛管。

穿孔機的機架在我國有兩種結構形式。一種是軋輥和軸承座安裝在兩個轉鼓內，轉動轉鼓可調整喂入角。在臥式配置軋輥的穿孔機上，轉鼓安裝在軋線兩側的牌坊內；在立式布置軋輥的穿孔機上，轉鼓布置在機架的4個支柱之間，軋制線的上方和下方。前一種形式的穿孔機需要換輥時，打開機架上蓋，用吊車逐個吊出軋輥。后一種穿孔機換輥時，先將上軋輥落坐在下軋輥上，機架上蓋打開，用吊車將上、下軋輥一次吊出。

穿孔機機架上配制有導位裝置，導位與軋輥構成近乎于封閉的空間，稱為“孔型”。我國有兩種形式的導位裝置，一種是導板，是廣泛應用的；另一種是大導盤，驅動的大導盤直徑約為軋輥直徑的兩倍，其緣面運動速度大于毛管軋出速度。

3斜軋時的孔腔形成

鍛造實心圓毛坯時，每錘鍛一次，圓毛坯繞本身軸線轉動一下，因此圓毛坯在徑向受到連續的錘鍛和壓縮。每次錘鍛時，徑向的壓縮量稱為單位壓縮量。因橫向鍛造時，單位壓縮量小，因此發生表面變形（圓毛坯橫鍛試驗證明，單位壓縮量小于6%時，則發生表面變形）。由于連續地多次徑向壓縮，當徑向總壓縮量達到一定數值時，毛坯軸心部位便出現撕裂。下圖為5CrNiMo鋼在1 100～850℃溫度范圍內鍛造后，其中心部位產生撕裂的情形。

三輥斜軋穿孔機斜軋穿孔試驗證明，頂頭前管坯中心部位從未發現有孔腔形成現象。下圖為三輥斜軋穿孔機和二輥斜軋穿孔機穿孔軋卡試樣。

由軋卡試樣可知，三輥穿孔頂頭前管坯中心部位無孔腔產生，而二輥穿孔頂頭前管坯中心部位產生了孔腔。下圖中a所示為三輥穿孔管坯中心在橫向只受軋輥外力作用產生壓應力，而無拉應力；圖中b所示為二輥穿孔管坯中心在軋輥外力作用方向，產生壓應力，在導板方向受拉應力，在交變拉、壓應力的作用下，導致中心產生撕裂。

二輥斜軋穿孔時，軋輥與軋件縱向接觸f可為細長窄條，因此軋輥對管坯作用力近似于集中載荷，又因為軋輥每旋轉半圈的壓下量小（約小2%～4%），從而造成表面變形。下圖為斜軋圓管坯在外力P作用下管坯橫斷面的圖示。

由圖可知，管坯的一部分受軋輥的直接作用，即所謂直接作用區；另一部分受軋輥的間接作用，該部分稱為間接作用區。由于載荷集中，直接作用區的應力獲得優先發展，應力值較大；而在隨著離開集中載荷作用下的直接作用區所形成的間接作用區中，由于應力分布在比直接作用區接觸面積大得多的面積上，因此應力分散，其值急劇下降。由此不難看出，斜軋穿孔時，表面首先產生塑性變形，而隨著接近坯料中心其塑性變形逐漸減小，表面變形的金屬優先向橫向擴展（橫斷面由圓形變成橢圓形）和縱向延伸。由于縱向表面變形的結果，在管坯端部形成漏斗形凹陷。可見，無論表面變形或縱變形，其結果乃導致外層變形的金屬具有很大的流動速度，造成“拉”中間區域金屬向橫向擴展及縱向延伸。所以斜軋穿孔變形是極不均勻的變形，在管坯中心產生很大的拉應力（橫向），該力是形成孔腔的主要應力。