斜軋計算方法

斜軋過程中金屬處于明顯的三向應(yīng)力也三向應(yīng)變狀態(tài)。這種空間應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和簡化成平面問題或者軸對稱問題來分析求解，都會產(chǎn)生很大誤差，按三維為題求解，在數(shù)學(xué)處理上又遇到很大困難。因此斜軋單位壓力的理論計算方法尚未獲得很好的解決。實際中廣為應(yīng)用而又接近實測值的斜軋穿孔單位壓力理論計算方法仍然是縱軋公式。

借用縱軋公式計算斜軋問題看起來是不合理的，但是，如果把斜軋看出成是一種連續(xù)的縱軋過程還是有道理的。利用縱軋公式計算斜軋穿孔單位壓力，比較由于斜軋時三向應(yīng)力狀態(tài)所產(chǎn)生的計算唔哈，可借助于投產(chǎn)期間獲得的一些實驗系數(shù)加以修正。

對此，可借用此公式進行單位壓力運算 。

斜軋成形分3類：

1.無縫鋼管生產(chǎn)中應(yīng)用的斜軋，包括斜軋穿孔、斜軋延伸、均整和斜軋定徑；

2.孔型斜軋，其特點是軋輥表面上帶有變高度、變螺距的軋槽，能軋制出長度上變斷面的回轉(zhuǎn)體產(chǎn)品，如鋼球軋制，絲杠軋制等；

3.仿形斜軋，它借助于液壓或機械的仿形板控制三個旋轉(zhuǎn)的錐形軋輥，作相對于軋件中心的徑向運動以完成變斷面軸的軋制。仿形斜軋主要用來生產(chǎn)比較長的變斷面軸產(chǎn)品，如紡織錠桿、刀剪、手術(shù)器械等毛坯料。

當今無縫鋼管生產(chǎn)中穿孔工藝更加合理，穿孔過程實現(xiàn)了自動化，斜軋穿孔整個過程可以分為3 個階段：

1.不穩(wěn)定過程。管坯前端金屬逐漸充滿變形區(qū)階段，即管坯同軋輥開始接觸到前端金屬出變形區(qū)，這個階段存在一次咬入和二次咬入。

2.穩(wěn)定過程。這是穿孔過程主要階段，從管坯前端金屬充滿變形區(qū)到管坯尾端金屬開始離開變形區(qū)為止。

3.不穩(wěn)定過程。為管坯尾端金屬逐漸離開變形區(qū)到金屬全部離開軋輥為止。

穩(wěn)定過程和不穩(wěn)定過程有著明顯的差別，這在生產(chǎn)過程中很容易觀察到的。如一只毛管上頭尾尺寸和中間尺寸就有差別，一般是毛管前端直徑大，尾端直徑小，而中間部分是一致的。頭尾尺寸偏差大是不穩(wěn)定過程特征之一。造成頭部直徑大的原因是：前端金屬在逐漸充滿變形區(qū)中，金屬同軋輥接觸面上的摩擦力是逐漸增加的，到完全變形區(qū)才達到最大值，特別是當管坯前端與頂頭相遇時，由于受到頂頭的軸向阻力，金屬向軸向延伸受到阻力，使得軸向延伸變形減小，而橫向變形增加，加上沒有外端限制，從而導(dǎo)致前端直徑大。尾端直徑小，是因為管坯尾端被頂頭開始穿透時，頂頭阻力明顯下降，易于延伸變形，同時橫向展軋小，所以外徑小。

生產(chǎn)中出現(xiàn)的前卡、后卡也是不穩(wěn)定特征之一，雖然3 個過程有所區(qū)別，但它們都在同一個變形區(qū)內(nèi)實現(xiàn)的。變形區(qū)是由軋輥、頂頭、導(dǎo)盤構(gòu)成 。

斜軋方法已經(jīng)在無縫鋼管的生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用，它除了應(yīng)用在穿孔這個主要工序之外，還應(yīng)用在軋管、均整、定徑、延伸、擴徑和旋壓等基本工序中。斜軋與縱軋和橫軋不同之處主要表現(xiàn)在金屬的流動性上?？v軋時金屬流動的主要方向與軋輥表面的運動方向相同，橫軋時金屬流動的主要方向與軋輥表面的運動方向相同，斜軋則處與縱軋與橫軋之間，變形金屬的流動方向與變形工具軋輥的運動方向成一角度，金屬除了前進運動外，還有繞本身軸線的轉(zhuǎn)動，作的是螺旋前進運動。生產(chǎn)中所用的斜軋機有二輥和三輥兩種系統(tǒng) 。

無縫鋼管生產(chǎn)中的穿孔工序是將實心的管坯穿成空心的毛管。穿孔作為金屬變形的第一道工序，由于穿出的管子壁厚較厚、長度較短、內(nèi)外表面質(zhì)量較差，因此稱作毛管。如果在毛管上存在一些缺陷，經(jīng)過后面的工序也很難消除或者減輕。所以在無縫鋼管生產(chǎn)中的穿孔工序起著十分重要的作用。

斜軋穿孔過程中，存在兩次咬入，第一次咬入是管坯和軋輥開始接觸瞬間，由軋輥帶動管坯運動而把管坯拽入變形區(qū)，稱為一次咬入。當金屬進入變形區(qū)到和頂頭相遇，克服頂頭的軸向阻力繼續(xù)進入變形區(qū)為二次咬入 。2100433B

鍛造實心圓毛坯時，每錘鍛一次，圓毛坯繞本身軸線轉(zhuǎn)動一下，因此圓毛坯在徑向受到連續(xù)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(fā)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(fā)生表面變形）。由于連續(xù)地多次徑向壓縮，當徑向總壓縮量達到一定數(shù)值時，毛坯軸心部位便出現(xiàn)撕裂。圖1為5CrNiMo鋼在1 100～850℃溫度范圍內(nèi)鍛造后，其中心部位產(chǎn)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(fā)現(xiàn)有孔腔形成現(xiàn)象。圖2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(chǎn)生，而二輥穿孔頂頭前管坯中心部位產(chǎn)生了孔腔。圖3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(chǎn)生壓應(yīng)力，而無拉應(yīng)力；圖3中b所示為二輥穿孔管坯中心在軋輥外力作用方向，產(chǎn)生壓應(yīng)力，在導(dǎo)板方向受拉應(yīng)力，在交變拉、壓應(yīng)力的作用下，導(dǎo)致中心產(chǎn)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(zhuǎn)半圈的壓下量小(約小2%～4%)，從而造成表面變形。圖4為斜軋圓管坯在外力P作用下管坯橫斷面的圖示。

由圖4可知，管坯的一部分受軋輥的直接作用，即所謂直接作用區(qū)；另一部分受軋輥的間接作用，該部分稱為間接作用區(qū)。由于載荷集中，直接作用區(qū)的應(yīng)力獲得優(yōu)先發(fā)展，應(yīng)力值較大；而在隨著離開集中載荷作用下的直接作用區(qū)所形成的間接作用區(qū)中，由于應(yīng)力分布在比直接作用區(qū)接觸面積大得多的面積上，因此應(yīng)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(chǎn)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(yōu)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(jié)果，在管坯端部形成漏斗形凹陷?？梢?，無論表面變形或縱變形，其結(jié)果乃導(dǎo)致外層變形的金屬具有很大的流動速度，造成“拉”中間區(qū)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(chǎn)生很大的拉應(yīng)力（橫向），該力是形成孔腔的主要應(yīng)力。

三輥斜軋穿孔機三輥穿孔機組由前臺、三輥穿孔機、主傳動、后臺一段、后臺二段、電氣控制系統(tǒng)、流體系統(tǒng)( 包括液壓、潤滑、冷卻水等) 等組成。其中穿孔機主傳動包括主電機、聯(lián)軸器、三出軸的減速機和萬向接軸等。

三輥穿孔機是三個軋輥呈“品”字形120°布置的斜軋機型。沒有導(dǎo)板或?qū)ПP，完全由三軋輥形成孔型，變形區(qū)的變形過程如同兩輥穿孔機。三輥穿孔機主要由機架、軋輥、軋輥架、壓下調(diào)整裝置、鎖緊裝置及轉(zhuǎn)盤機構(gòu)等部分組成。軋輥平衡彈簧和調(diào)整裝置聯(lián)合成整體，轉(zhuǎn)盤定位于機架入口側(cè)，其作用是通過調(diào)整其上的蝸輪蝸桿確定三個軋輥的送進角; 機架由上機架和下機架組成，上軋輥裝于上機架中，兩個下軋輥裝于下機架中，上下機架由鎖緊立柱通過斜楔鎖緊。

三輥穿孔機為開口式機架結(jié)構(gòu)，換輥、維護、檢修方便。早期機型為軋輥平衡采用純機械方式，壓下調(diào)整不太方便，平衡性及調(diào)整精度更多地由操作工熟練的經(jīng)驗保證，故其自動化程度有待提高。

在三輥穿孔機上斜軋實心管坯時金屬中心區(qū)的變形和應(yīng)力狀態(tài)與兩輥穿孔有著本質(zhì)的區(qū)別，由三個主動軋輥和一個頂頭構(gòu)成“封閉的”環(huán)形孔型。在三輥穿軋實心管坯時，由于管坯始終受到三個方向的壓縮，加上橢圓度小，一般在管坯中心不會產(chǎn)生破裂( 即形成孔腔) ，或者說形成孔腔的傾向小，從而保證了毛管內(nèi)表面質(zhì)量。這種變形方式更適合穿孔高合金鋼種。

實驗和實際生產(chǎn)證明，在三輥穿孔機上穿孔時不產(chǎn)生中心破裂形成孔腔，因而用三輥穿孔機穿孔毛管可以獲得高的內(nèi)表面質(zhì)量，同時對管坯的內(nèi)部質(zhì)量也要求不高。即使本身有中心疏松和縮孔的圓鑄坯，穿孔后也不形成內(nèi)折型式的缺陷，有資料認為三輥穿孔是在沒有孔化疏松作用下實現(xiàn)的 。