38------均压顶头设计_刘凤

均压顶头设计刘　凤(宝钢老干部处,上海　201900) 摘要:顶头是斜轧穿孔主要的变形工具之一,其作用是将实心管坯穿轧成一定壁厚的空心毛管。

在斜轧穿孔过程中,由于轧件旋进力克服不了顶头的阻力,因此轧制厚壁管或高合金钢管时在穿孔后期造成后轧卡。

通过分析变形区中轧件的变形率,设计等减壁的均压顶头,即把变形区前段大的变形率中一部分移至变形率小的变形区后段,使变形区中各点上轧件变形率相等,避免穿孔后期后轧卡的发生。

均压顶头可消除主电机负荷上的峰值,改善毛管质量,同时减少穿孔辊咬入锥磨损,延长穿孔辊寿命。

关键词:斜轧穿孔;厚壁管;高合金管;变形率;等减壁;后轧卡中图分类号:T G 333.8　文献标志码:B 文章编号:1008-0716(2011)03-0072-04d o i :10.3969/j .i s s n .1008-0716.2011.03.017D e s i g no f a ne v e n l y r e d u c i n g w a l l p l u gL I UF e n g(B a o s t e e l V e t e r a n C a r d e r D e p a r t m e n t ,S h a n g h a i 201900,C h i n a ) A b s t r a c t :P l u g i s o n e o f t h e k e y d e f o r m a t i o nt o o l s i n c r o s s p i e r c i n g .I t s f u n c t i o n i s t u r n i n g a s o l i d b a r i n t o a h o l l o wb l o o m .I n t h e c r o s s p i e r c i n g p r o c e s s ,a s t h e p i e r c i n g p r e c e s s i o np o w e r c a n n o t o v e r c o m e t h e r e s i s t a n c e f o r c e ,i t w i l l l e a d t o r e a r -j a m m i n g w h e n r o l l i n g t h i c k -w a l l t u b e s o r h i g h a l l o y t u b e s .T h r o u g h a n a l y z i n g t h e d e f o r m a t i o n r a t e i n t h e d e f o r m a t i o n z o n e ,a n e v e n l y r e d u c i n g w a l lp l u g w a s d e s i g n e d .I t m e a n s t o t r a n s f e r p a r t o f d e f o r m a t i o n i n t h e b i g d e f o r m a t i o n z o n e t o t h e s m a l l d e f o r m a t i o n z o n e ,t h e n e a c h p o i n t i n t h e d e f o r m a t i o nz o n e h a s t h e s a m e r o l l i n g d e f o r m a t i o n r a t e s o t h a t i t w i l l a v o i d r e a r -j a m m i n g .A n e v e n l y r e d u c i n g w a l l p l u g c a n a v o i d t h e p e a k l o a d o n t h e m o t o r a n d i m p r o v e t h e q u a l i t y o f t h e h o l l o wb l o o m .I t a l s o l e s s e n e s t h e w e a r a n d t e a r o f t h e p i e r c i n g r o l l s ,a n d t h e n p r o l o n g t h e r o l l 's s e r v i c e l i f e s .K e yw o r d s :c r o s sp i e r c i n g ;t h i c kw a l l e dt u b e ;h i g ha l l o yt u b e ;d e f o r m a t i o nr a t e ;e v e n l y r e d u c i n g w a l l ;r e a r -j a m m i n g刘　凤　原宝钢总厂副总工程师　1923年生1945年毕业于哈尔滨工业大学　电话　26642906E -m a i l z h e n g j i a n c o n g @b a o s t e e l .c o m1　穿孔后轧卡产生顶头是斜轧穿孔主要的变形工具之一,其作用是将实心管坯穿轧成一定壁厚的空心毛管,其形状与毛管壁厚有直接的联系。

但在轧制厚壁管或高合金钢管时,由于轧件旋进力克服不了顶头的阻力,常发生后轧卡(如图1、2),以致无法正常生产。

图1　顶头尖刚露的后轧卡F i g .1　R e a r -j a m m i n g o f ap l u g t i p p r o t r u s i o n图2　顶头工作锥已露出大部的后轧卡F i g .2　R e a r -j a m m i n g o f t h e m a j o r i t y o f p l u g b o d k i np r o t r u s i o n2　穿孔后轧卡原因分析在轧制过程中轧制压力与变形率成正比,壁厚变形率越大,轧制压力越大,轧件旋进力越大;反之,壁厚变形率愈小,轧制压力也愈小,轧件旋进力亦愈小。

当轧件旋进力小到不足以胜过顶头阻力时,轧件便停止旋进,而造成轧卡。

厚壁管由于延伸率很低,整个变形量都很小,因此轧件整个旋进力都很小,轧件前部之所以能穿透孔,是由于变形区全部被充满,全部变形区都参加了变形,靠全部轧件旋进力得以胜过顶头阻力,而勉强穿透了孔。

当穿到轧件后端,咬入段已经没有轧件,咬入段不参加变形,即咬入段轧件旋进力为零,只有顶头工作锥起点以后的轧件旋进力。

由于厚壁管整个变形率本来就很小,轧件全部旋进力本来很微弱,当咬入段轧件旋进力为零,顶头工作锥起点以后剩余轧件旋进力大为减小,不足以胜过顶头阻力,只好被卡在轧件后端,这就是厚壁管常产生后轧卡的原因。

采用球形顶头的穿孔变形区如图3所示。

图3　采用球形顶头时穿孔变形区F i g .3　Ap i e r c i n g d e f o r m a t i o nz o n e u s i n g a g l o b u l a r p l u g 为什么薄壁管不容易发生后后轧卡呢?这需从变形区中轧件变形率变化上找原因。

通过对变形区中轧件每旋进半螺距壁厚相对压下量进行计算,轧制不同壁厚,采用相应顶头,计算每半个螺距的减壁量,所得数据如图4所示。

图4　不同壁厚穿孔时轧件每走半螺距之壁厚相对压下量变化情况F i g .4　V a r i a t i o n i n r e l a t i v e r e d u c t i o nf o r r o l l e d p i e c e w i t hd i f fe r e n t w a l l t h i c k n e s s a t h a lf a s c r e w -p i t c h 从图4可看出,薄壁管穿孔始点为19.70%,至终点减为9.08%,前者是后者的2.17倍;中等壁厚管穿孔始点为20.00%,至终点减为12.40%,前者是后者1.61倍;厚壁管穿孔始点为14.35%,及至穿孔终点减为3.68%,前者是后者的3.9倍。

不管何种壁厚管穿孔,变形区中壁厚相对压下量都以压轧带处为最大,变形区终点为最小,甚至为零。

需要指出的,计算出的数据与所采用的轧制表有关,不同的轧制表会得出不同的数据。

尽管数据有所不同,但变化趋势并不会变,变形率峰值都是在压轧带处,过了压轧带则急转直下,甚至为零。

高合金钢由于塑性低,变形阻力大,另外摩擦因数很小,极易滑动。

穿孔过程中轧件前端是在变形区整个被充满,全变形区都参加变形,即使轧件易滑动,但有整个变形区的轧件旋进力,还能勉强胜过顶头阻力,而实现穿透孔;顶头尖刚露出时,咬入段已不存在轧件,不参加变形,咬入段轧件旋进力为零,顶头工作锥起点以后的轧件照样滑动很大,剩余轧件的旋进力大为减弱,克服顶头阻力已无能为力,只能造成后轧卡。

不难看出,厚壁管穿孔后轧卡与高合金钢管后轧卡是同一个原因造成的。

3　均压顶头设计笔者认为,按变形区里轧件壁厚相对压下量相等原则进行穿孔顶头的孔型设计可有效解决后轧卡问题,即把变形区前段大的变形率中一部分移至变形率小的变形区后段,使变形区中各点轧件变形率相等。

这样设计出来的顶头称为均压顶头。

均压顶头由四部分组成,本设计只对顶头工作锥部分孔型设计进行修改,其他三部分不动,即顶头尖、工作锥以及反锥等三部分仍沿袭通用设计方法不变。

均压顶头之穿孔变形区如图5所示。

图5　采用均压顶头时穿孔变形区F i g .5　T h e p i e r c i n g d e f o r m a t i o nz o n e w h e nu s i n g a ne v e n l y r e d u c i n g w a l l p l u g 设计所需的基础数据:毛管外径(d 毛)、毛管壁厚(δ毛)、顶头直径(d 顶),以及压轧带压下量(U )都可以从轧制表上查得,轧辊轴心线对轧制中心线的倾斜角(β)亦沿袭通常采用的数据,由公式(1)可求出轧件在变形区里每旋进半螺距即轴向位移(S n )。

S n =0.5πη0ηT d 毛F 毛F nt a n β(1)式中,η0为轴向滑动系数,ηT 为切线方向滑动系数,F 毛为毛管横断面积,F n 为所计算轧件每旋进半螺距点之横断面积。

顶头工作锥起点是半螺距计算之始点。

对于半螺距计算之终点应是在顶头工作锥终点以前的半螺距点上,即计算到S n -1为止。