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无缝钢管穿孔工具及设计 穿孔机工具主要包括：轧辊、顶头和导板（导盘）。这些工具是直接参与金属变形的。除此之外，还包括顶杆、毛管定位叉、导管、导槽等部件。 工具的尺寸和形状要求合理，这样才能保证穿出高质量的毛管，保证穿孔过程的稳定、生产率高、低能耗、工具耐磨性高、使用寿命长的要求。 4.6.1 轧辊 穿孔机轧辊形状主要有盘式辊、桶形辊和锥形辊，盘式辊很少使用，常用的是桶形辊和锥形辊。 从大体的形状来看，桶形辊和锥形辊度一般是由两个锥形段组成的，即入口锥和出口锥。如果细分的话，入口锥又可以分为一段式和两段式，两段式是为了改善咬入条件和减少从车次数。根据毛管扩径量的需求，出口锥也可以分为一段式和两段式，两段式用于大扩径量的机组。 另外，有的轧辊在入口锥和出口锥之间采用过渡带即轧制带，有的则没有。轧制带的作用是防止两锥相接处形成尖锐棱角，这种棱角在穿孔时会使毛管外表面产生划伤。 轧辊的特征尺寸指轧辊最大直径和辊身长，轧辊最大直径和辊身长度是根据轧辊长度、轧制速度、咬入条件、轧制产品规格、电能消耗、轧辊重车次数等因素确定。 轧辊直径增加，则咬入条件改善、轧制速度提高、轧辊重车次数增加、轧辊的利用率高，但同时也增加了轧制压力和电能消耗。 4.6.1.1 轧辊的入口锥角和出口锥角? 轧辊入口锥的角度大小决定管坯能否顺利咬入和积累足够的力以克服顶头阻力使管坯穿成毛管。相关的文献指出，入口锥角在2～40之间，一般情况下将轧辊的入口锥设计成两段，第一段的角度在1～30之间，为的是保证管坯的咬入，第二段的角度在3～60之间，为的是防止形成孔腔。 轧辊的出口锥角在3～40之间，这取决于管坯的扩径量，扩径量越大，角度越大。 4.6.1.2 轧辊的入口锥和出口锥长？ 确定轧辊入口锥和出口锥的长度首先为了校核轧辊的长度是否满足毛管咬入和扩径的要求，其次为在生产中合理使用轧辊。 轧辊入口锥长的计算公式为： 轧辊出口锥长的计算公式为： 注：DB－管坯直径； E－轧辊距离； DR－毛管直径； αe—轧辊入口锥段的空间角，可以近似等于轧辊入口锥角； αa—轧辊出口锥段的空间角，可以近似等于轧辊出口锥角。 4.6.2 导盘 导盘的作用是封闭孔型。导盘设计要素主要有：接触弧半径和厚度。见图4-7。 图4-7 4.6.2.1 导盘的轮廓 导盘的轮廓是由一般有两个半径入口半径R2、出口半径R1组成，根据经验我们可以确定其值的大小： 入口半径： R2＝（0.66～0.70）*DB 出口半径： R1＝（0.8～0.87）*DB 4.6.2.2 导盘厚度 到盘厚度由最小轧辊距离和导盘与轧辊的最小间隙决定。大小为： B＝（0.8～1.0）* DB 注：DB－管坯直径 4.6.3 导板 导板的设计原则是：一种管坯需要设计一种导板,如果是用一种管坯生产不同尺寸的毛管,可以只设计一种导板。 导板的纵剖面形状应与轧辊辊形相对应，也有入口锥、压缩带和出口锥组成。导板入口锥主要起到引导管坯的作用，使管坯中心线对准穿孔中心线。当管坯与上、下导板接触时，它起着限制管坯椭圆度的作用。限制椭圆度是为了避免过早形成孔腔，同时促进金属的纵向延伸。导板的出口锥起限制毛管横变形，并控制毛管轧后外径的作用。 压缩带是过渡带，它不在导板的中间，而是向入口方向移动，移动值一般在20～30mm,也有到50mm的。移动的目的是：可以减小管坯在顶头上开始碾轧时的椭圆度和减小导板的轴向阻力，提高穿孔速度。 导板的入口锥角一般等于轧辊入口锥角或比轧辊入口锥角大10～20，出口锥角一般等于轧辊的出口锥角或比轧辊的出口锥角小0.50～10。 导板的横断面形状是个圆弧形凹槽，这是为了便于管坯和毛管旋转。凹槽的圆弧可做成单半径或双半径的。 导板的长度由变形区长度决定，压缩带宽度一般为10～20mm. 导板的厚度根据轧辊距离来确定，以薄壁毛管为设计对象。适应薄壁管的导板一定适应厚壁管的生产。 4.6.4 顶头 顶头的种类按冷却方式来分，有内水冷、内外水冷、不水冷顶头（穿孔过程和待轧时间内都不冷却，主要指生产合金钢用的钼基顶头）: 按顶头和顶杆的连接方式来分，有自由连接和用连接头连接顶头。 按水冷内孔来分，有阶梯形、锥形和弧形内孔顶头。内孔与外表面之间的壁厚有等壁和不等壁两种。 按顶头材质分，有碳钢、合金钢和钼基顶头。 从扩径段分:有2段式、3段式、4段式。扩径率小于20％用2段式顶头，大于20％用3或4段式顶头。 为延长顶头的使用寿命，应通过加强冷却水的压力来提高顶头在孔型中顶头的冷却，尤其是顶头的前部。使用内水冷主要是为了降低顶头内部温度，应尽可能降到最低水平，冷却水压应保证在10～15 bar。 影响顶头寿命的因素： 管坯材质，合金含量越高，变形抗力越大，顶头寿命越低