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无缝钢管穿孔的咬入条件以及空腔形成机理 斜轧穿孔过程存在着两次咬入，第一次咬入是管坯和轧辊开始接触瞬间，由轧辊带动管坯运动而把管坯曳入变形区中，称为一次咬入。当金属进入变形区到和顶头相遇，克服顶头的轴向阻力继续进入变形区为二次咬入。 一般满足了一次咬入的条件并不见得就能满足二次咬入条件。在生产中我们常常看到，二次咬入时由于轴向阻力作用，前进运动停止而旋转继续着即打滑。 4.3.1 一次咬入条件 一次咬入既要满足管坯旋转条件又要满足轴向前进条件。 管坯咬入的力能条件由下式确定： Mt ≥ Mp + Mq + Mi 式中：Mt - 使管坯旋转的总力矩; Mp—由于压力产生的阻止坯料旋转力矩 Mq—由于推料机推力而在管坯后端产生的摩擦力矩 Mi—管坯旋转的惯性矩 如果忽略Mq、 Mi（值很小）则一般的表达式为： n (Mt + Mp) ≥ 0 (n—轧辊数) (6) 前进咬入条件是指管坯轴向力平衡条件，也就是，曳入管坯的轴向力应大于或等于轴向阻力，其表达式为： n (Tx-Px) + P′ ≥ 0 (7) 式中：Tx—每个轧辊作用在管坯上的轴向摩擦力 Px--每个轧辊作用在管坯上正压力轴向分量 P′—后推力 (一般为零) 一次咬入所需旋转条件 下面的公式表明在管坯咬入时力的平衡，两个重要参数，摩擦系数和角速度可以通过下面公式计算。 (8) 式中： ——轧辊入口锥角 ——?咬入角 ——辊喉处的直径减径值 若想管坯咬入顺利些，可以将咬入角变大些、轧辊的入口锥角小些，或者通过施加管坯的推入力和加大轧辊表面的辊花深度。 4.3.2 二次咬入条件 二次咬入的力能条件 二次咬入中旋转条件比一次咬入增加了一项顶头／顶杆系统的惯性阻力矩,其值很小。因此二次咬入旋转条件,基本和一次咬入相同。二次咬入的关键是前进条件。 二次咬入时轴向力的平衡条件： n (Tx-Px) -Q′ ≥ 0 (9) 式中：Q′—顶头鼻部的轴向阻力 二次咬入所需旋转条件 二次咬入的条件在轴向管坯的推入力要大于顶头和管坯与轧辊之间的摩擦力，能实现二次咬入的前提是在管坯接触顶头前（x=自由长度） 管坯至少要旋转一周。 ? 式中：d B——?管坯直径 4.4 孔腔形成机理 斜轧实心管坯时，在顶头接触管坯前常易出现金属中心破裂现象，当大量裂口发展成相互连接，扩大成片以后，金属连续性破坏，形成中心空洞即孔腔。见图4-5。在顶头前过早形成孔腔，会造成大量的内折缺陷，恶化钢管内表面质量，甚至形成废品，因此在穿孔工艺中力求避免过早形成孔腔。 图4-5 孔腔示意图 影响孔腔形成的主要因素有： 变形的不均匀性（顶头前压缩量） 不均匀变形程度主要决定于坯料每半转的压缩量（称为单位压缩量），生产中指顶头前压缩量。顶头前压缩量愈大则变形不均匀程度也愈大，导致管坯中心区的切应力和拉应力增加，从而容易促进孔腔的形成。一般用临界压缩量来表示最大压缩量值的限制，压缩量小于临界压缩量则不容易或不形成孔腔。 椭圆度的影响 穿孔过程中在管坯横断面上存在着很大的不均匀变形，椭圆度愈大，则不均匀变形也愈大。按照体积不变定律可知，横向变形愈大则纵向变形愈小，将导致管坯中心的横向拉应力、切应力以及反复应力增加，加剧了孔腔的形成趋势 单位压缩次数的影响 在生产中主要指管坯从一次咬入到二次咬入过程中管坯的旋转次数，次数的增多就容易形成孔腔。 钢的自然塑性 钢的自然塑性由钢的化学成分、金属冶炼质量以及金属组织状态所决定，而组织状态又由管坯加热温度和时间所影响。一般来说塑性低的金属，穿孔性能差，容易产生孔腔。 4.5 斜轧穿孔时的金属变形 4.5.1 管坯受力情况 图4-6显示管坯的受力情况，图中显示F为轧辊方向（平面）的力，为压应力，在接触点的位置显示为最大。中心部位（导盘方向）显示为拉应力，理论上在导盘的中心部位受力为最大。因为管坯的不断旋转，同一部位的受力情况不断变化，导致中心部位的金属受到交变应力的作用，中心产生疏松，形成孔腔。 ref SHAPE 图 5 金属受理分析图 4．5．2 金属变形 斜轧穿孔过程中存在着两种变形,即基本变形(或宏观变形)和附加变形(称不均匀变形) 基本变形是指外观形状的变化，这种变形是可以直观的，如由实心圆管坯变成空心的毛 图4-6 4.5.2