不銹鋼無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝與設(shè)備分析

  所謂的不銹鋼無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝是指，通過(guò)在多組鋼管的軋輥上完成穿孔和斜軋的生產(chǎn)工藝，目前，在不銹鋼無(wú)縫管的制作上優(yōu)勢(shì)非常顯著。至德鋼業(yè)通過(guò)對(duì)不銹鋼無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行分析，并通過(guò)試驗(yàn)的方式，對(duì)設(shè)備的應(yīng)用效果進(jìn)行檢測(cè)，希望對(duì)提高不銹鋼無(wú)縫鋼管的產(chǎn)量有所幫助。

  不銹鋼無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝簡(jiǎn)化無(wú)縫鋼管制作流程的嘗試，雖然傳統(tǒng)不銹鋼無(wú)縫鋼管制作方法十分可靠，且技術(shù)成熟性較高，但傳統(tǒng)制作工藝制作出的不銹鋼無(wú)縫管，變形能力較差且加工溫度相對(duì)較窄，這對(duì)鋼管的應(yīng)用造成了極為不利的影響，致使制作成本大幅度提升，為了簡(jiǎn)化流程，降低成本，對(duì)無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝進(jìn)行探索，具有十分重要的意義。

一、斜軋與縱軋變形的工藝對(duì)比

  縱軋指的是在軋制鋼管時(shí)，變形金屬與軋件流動(dòng)方向長(zhǎng)時(shí)間保持一致的軋制工藝，簡(jiǎn)言之，就是變形金屬會(huì)借助變形孔進(jìn)行流動(dòng)，流動(dòng)的方向?yàn)檐埞軝C(jī)出口。斜軋是指變形金屬在沿著變形孔流動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)具有一定的斜向角度，這種軋制工藝相較于傳統(tǒng)不銹鋼無(wú)縫鋼管制作工藝，簡(jiǎn)化了一定的工藝流程，具有十分顯著的應(yīng)用效果。

二、金屬斜連軋工藝的原理

  金屬斜連穿軋工藝模型由以下部分組成：一是錐形軋輥3個(gè)；二是實(shí)心管坯；三是桶形軋輥3個(gè)；四是頂頭芯棒。然后對(duì)實(shí)心管坯進(jìn)行穿孔和軋制，最終完成軋制延伸、穿孔等流程。這種工藝的特點(diǎn)為三輥穿孔軋管，具有非常復(fù)雜的變形情況，實(shí)現(xiàn)三輥斜軋穿孔功能是其主要的目的，在管坯圍繞著中心線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，在多種作用的影響下，例如：軋輥?zhàn)饔?、頂頭作用，繼而完成管坯中心的穿孔，之后，會(huì)與軋管產(chǎn)生連軋的關(guān)系，繼而達(dá)到簡(jiǎn)化不銹鋼無(wú)縫鋼管制作步驟的目的，所減少的步驟為減徑和減壁工藝，最終完成荒管的制作，以此來(lái)滿(mǎn)足金屬斜連軋穿管材的需要。

三、建立數(shù)學(xué)模型

   由于不銹鋼無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝屬于一種全新的工藝，因此通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立并使用，可以對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行分析，有利于促進(jìn)該工藝的優(yōu)化和發(fā)展。由于不銹鋼無(wú)縫鋼管斜連軋工藝中的軋件具有不可壓縮性的特點(diǎn)，簡(jiǎn)言之，軋件的體積不會(huì)發(fā)生任何改變，因此，可以將軋件散度視為零。所以在進(jìn)行工具面的選擇時(shí)，可以將流面函數(shù)作為主要的選擇，有利于確保所構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)許可速度場(chǎng)，可以適用于多種條件。

   在斜連軋階段，鋼管會(huì)同時(shí)受到多組軋輥的影響，如果想要對(duì)連續(xù)軋制的特征進(jìn)行保持，必須要與連軋的穩(wěn)態(tài)方程相契合，穩(wěn)態(tài)方程主要是指穿孔與軋制的變形與金屬變形秒流量必須要保持一致，簡(jiǎn)言之，就是可以對(duì)鋼材的可縮性進(jìn)行控制，確保金屬流入量等于金屬流出量，與體積不可壓縮條件相符。由于斜連軋的具有非常復(fù)雜的變形過(guò)程，因此，與之相匹配的方程也十分復(fù)雜，為了便于后續(xù)計(jì)算，在建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程中，需要在不同的坐標(biāo)系上建立不同的輥面方程，然后通過(guò)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，將方程組轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)表達(dá)式。之后，讓柱坐標(biāo)和靜態(tài)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后把上述三個(gè)坐標(biāo)系的方程合為一個(gè)坐標(biāo)表達(dá)式。

四、三輥斜連軋工藝關(guān)鍵零部件研究

   為了使三輥斜連軋工藝滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，本文將理論計(jì)算結(jié)果作為依據(jù)，對(duì)斜軋工藝設(shè)備的基本參數(shù)進(jìn)行明確，并設(shè)計(jì)了一款不銹鋼無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋?jiān)O(shè)備。該設(shè)備的主要組成部分為兩個(gè)軋輥組，毛坯材料自進(jìn)入后，會(huì)經(jīng)受一系列工序的處理，繼而完成連續(xù)斜軋的各項(xiàng)工藝流程。為了提高軋輥送進(jìn)角以及調(diào)節(jié)碾軋角的可行性，本次設(shè)計(jì)對(duì)特朗斯瓦爾軋機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了借鑒，通過(guò)對(duì)兩組結(jié)構(gòu)進(jìn)行串聯(lián)，促使定位由定位止口負(fù)責(zé)，并使用螺栓相連接，同時(shí)在導(dǎo)軌上安裝穿孔段和軋制段，從而構(gòu)成主機(jī)。

1. 設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)

   不銹鋼無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝對(duì)設(shè)備提出了更高的要求，具體表現(xiàn)在送進(jìn)角和碾軋角的調(diào)整方面。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)、壓下絲杠等零部件進(jìn)行控制和調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)斜軋工藝各項(xiàng)參數(shù)的調(diào)整。例如：送進(jìn)角、碾軋角等?；剞D(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)是無(wú)縫鋼管連接斜軋?jiān)O(shè)備的重要組成部分，其功能為調(diào)整送進(jìn)角，并促使回轉(zhuǎn)機(jī)架沿著軋制中心線(xiàn)來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證設(shè)備中軋輥送進(jìn)角的合理性。與此同時(shí)，鎖止功能也是該設(shè)備的功能之一。在一個(gè)完整的不銹鋼無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋?jiān)O(shè)備中，需要調(diào)整的回轉(zhuǎn)機(jī)架共有2個(gè)，需要對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整，因此，在設(shè)計(jì)設(shè)備的過(guò)程中，最好要對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行考慮，設(shè)計(jì)兩個(gè)完全相同的機(jī)構(gòu)，以滿(mǎn)足要求?；剞D(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)由以下部分構(gòu)成：一是連接架；二是絲杠；三是銅螺母；四是連桿；五是滑塊；六是回轉(zhuǎn)調(diào)整座。回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)在機(jī)架的固定方式為回轉(zhuǎn)調(diào)整座固定，而連接架則通過(guò)壓下機(jī)構(gòu)與支座性連接，絲杠在調(diào)整過(guò)程中，可以促使回轉(zhuǎn)機(jī)繞著機(jī)架中心進(jìn)行回轉(zhuǎn)，也可以利用電能驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)運(yùn)動(dòng)，以達(dá)成自動(dòng)控制。

2. 設(shè)計(jì)壓下機(jī)構(gòu)

   在不銹鋼無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝設(shè)備中，孔喉直徑是一項(xiàng)非常重要的參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，并保證設(shè)計(jì)合理性十分關(guān)鍵，斜連軋?jiān)囼?yàn)機(jī)的固定機(jī)架上總共有6個(gè)壓下機(jī)構(gòu)，并且這些壓下機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全一致。壓下機(jī)構(gòu)的組成部分包括1：絲杠、2：銅螺母、3：連接件、4：壓力傳感器、5：連接支座、6：球面支座。

五、無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝設(shè)備試驗(yàn)分析

  目前，這種基于三輥連軋的不銹鋼無(wú)縫鋼管連續(xù)斜軋工藝設(shè)備，已經(jīng)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，這種工藝作為一種新型的無(wú)縫鋼管制作工藝，在試驗(yàn)過(guò)程中，選擇試驗(yàn)材料為鋼圓棒料，該材料的管徑為4cm、長(zhǎng)度為60cm、頂頭直徑為3.1cm，芯棒直徑約為0.3cm。首先，需要將圓棒料的溫度加熱到1160℃，到達(dá)溫度點(diǎn)后，迅速將其取出，并放到試驗(yàn)臺(tái)的導(dǎo)槽之中，并通過(guò)人工的方式，將其放置于軋機(jī)中，繼而管坯會(huì)受到穿孔段的咬入，然后借助運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力，將材料送入到設(shè)備內(nèi)部，繼而達(dá)成了穿孔與軋制的不斷變形，直接就可以得到荒管?；墓苄纬珊?，將其取出，經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)后，試驗(yàn)結(jié)果表明，這項(xiàng)制作工藝十分有效可行。通過(guò)這種方式制作出的荒管，其外徑尺寸為3.8cm，管壁厚度為3mm，鋼管長(zhǎng)度誤差僅為500μm。

  為了對(duì)軋制段的變形情況進(jìn)行仔細(xì)的觀(guān)察，在試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了一定的調(diào)整，具體表現(xiàn)在使斜連軋工藝末端終止穿孔，從而實(shí)現(xiàn)軋卡。通過(guò)觀(guān)察得知，尚未進(jìn)入的軋制段的鋼管，其表面粗糙度較高，且具有明顯的螺旋線(xiàn)，而在進(jìn)軋制段后，鋼管的質(zhì)量十分良好，且管壁厚度均勻。綜上所述，至德鋼業(yè)通過(guò)對(duì)不銹鋼無(wú)縫鋼管連續(xù)軋工藝的優(yōu)點(diǎn)和作用原理進(jìn)行分析和闡述，并通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型的方式，對(duì)工藝進(jìn)行分析。最后，利用試驗(yàn)的方法，對(duì)不銹鋼無(wú)縫鋼管連續(xù)軋工藝設(shè)備的性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，這項(xiàng)工藝和設(shè)備均具有較高的可行性。