三輥斜軋穿孔機

自從第一台三輥穿孔機於1965 年投入工業生產以來，用三輥穿孔機穿軋合金管坯就備受關注。後來由於兩錐形輥穿孔機的趨於成熟且廣泛應用，三輥穿孔機相對發展緩慢。

三輥穿孔除了具備兩輥穿孔同樣的效率高、生產靈活、可穿長坯的優點外，其最大特點是變形區金屬處於三向壓應力狀態。三向壓應力不會產生中心破裂。在提高生產能力和改善毛管質量方面，比兩輥穿孔具有更大潛力。三輥穿孔機穿出的毛管尺寸精度比兩輥高，可穿軋的合金鋼管的範圍比兩輥大，因此是一種值得推廣的很有發展潛力的機型。

針對目前國內普遍存在的大量結構陳舊、性能落後、能源浪費嚴重、原材料消耗高、質量難以保證、環境污染嚴重、勞動條件差的小型無縫鋼管機組面臨淘汰，資料認為114( 半) 限動芯棒連軋管機組和114CPE 機組是改造我國小型無縫鋼管機組較為理想的機型。

對於CPE 機組，建議採用鼓形穿孔機，特別推薦三輥穿孔機，因CPE 延伸很大，鼓形穿孔機延伸較小毛管壁厚較大，縮口後毛管維持較高温度，有利於頂管生產。三對於小型無縫鋼管企業來説，錐形穿孔機結構複雜，重量大，主電機容量也大，其價格比鼓形穿孔機高約50%，且輥穿孔毛管壁厚精度略高於兩輥，並且CPE 不要求薄壁毛管，選擇三輥穿孔機可顯著的減少投資 ^[1]  。

三輥斜軋穿孔機三輥穿孔機組由前台、三輥穿孔機、主傳動、後台一段、後台二段、電氣控制系統、流體系統( 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°佈置的斜軋機型。沒有導板或導盤，完全由三軋輥形成孔型，變形區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、壓下調整裝置、鎖緊裝置及轉盤機構等部分組成。軋輥平衡彈簧和調整裝置聯合成整體，轉盤定位於機架入口側，其作用是通過調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，上軋輥裝於上機架中，兩個下軋輥裝於下機架中，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構，換輥、維護、檢修方便。早期機型為軋輥平衡採用純機械方式，壓下調整不太方便，平衡性及調整精度更多地由操作工熟練的經驗保證，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的變形和應力狀態與兩輥穿孔有着本質的區別，由三個主動軋輥和一個頂頭構成“封閉的”環形孔型。在三輥穿軋實心管坯時，由於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生破裂( 即形成孔腔) ，或者説形成孔腔的傾向小，從而保證了毛管內表面質量。這種變形方式更適合穿孔高合金鋼種。

實驗和實際生產證明，在三輥穿孔機上穿孔時不產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表面質量，同時對管坯的內部質量也要求不高。即使本身有中心疏鬆和縮孔的圓鑄坯，穿孔後也不形成內折型式的缺陷，有資料認為三輥穿孔是在沒有孔化疏鬆作用下實現的 ^[2]  。

早先三輥穿孔機主要靠有經驗的操作工通過手動調整，從而準確度難以完全保證，基於測控自動化和保證調整準度與毛管精度考慮，做了以下改進:

1) 加懸臂三輥定心，儘量靠近穿孔機，增加頂頭頂杆的剛性，有效防止偏心。

2) 激光校準裝置對穿孔機進行標定( 配帶工裝) ，保證機組的同心度，高水平的工藝控制可確保毛管的幾何形狀與精確的同心度，滿足毛管壁厚精度要求。

3) 關於標定，在機架端面定3 個點，固定工裝支架，激光發射器固定在支架上，調整工裝找正，量筒和測量元件一起被夾緊在三輥定心的中心，對準並標定，同理將後續三輥定心、頂杆小車的位置依次標定。

4) 對原軋輥軸結構修改細化，防止應力集中。

5) 穿孔機主傳動電機採用直流電機，若空間允許，考慮兩台小點的電機串聯，降低投資，考慮合適的減速比，滿足穿軋高合金鋼種的要求。

6) 壓下裝置由彈簧平衡改為液壓平衡，使壓下螺絲螺母的螺紋間隙得到更有效的消除，孔型控制精度更高。

7) 壓下輥位由編碼器檢測，從而實現精確定位，可以從操作枱數顯系統上和PC 界面中看到顯示的數值，便於隨時監控。

8) 所有調整機構都設有可靠的防塵、消隙裝置，保持清潔，消除間隙，充分保證精度。如大銅套加密防塵，提高其使用壽命，也有利於換輥，尤其對於兩下輥。

9) 電動送進角( 軋輥擺角) 的調節同樣由編碼器檢測實現精確定位，可以從操作枱數顯系統上和PC 界面中看到顯示的數值，便於隨時調控。

10) 考慮改進送進角轉盤的鎖緊，在轉盤上刻紋，並在壓塊上刻紋，刻紋寬度適當考慮蝸桿的導程等，保證兩鎖緊裝置的相位，液壓鎖緊。

11) 送進角調節的鎖緊機構改進，採用球鉸方式或者其它方式解決振松的問題; 若軋輥架兩側帶小球鉸，則必須採用液壓缸消隙; 若軋輥架兩半大球鉸置於滑塊( 可在轉盤窗口裏滑動) 內，則可考慮頂絲消隙後緊固 ^[2]  。

1) 三輥穿孔的管坯橫截面變形特點是圓三角形，這樣橫截面橢圓度小，頂頭易對準中心，故三輥穿孔毛管的壁厚尺寸精度高於兩輥穿孔機，在壓下精確調整和保證頂杆剛度的情況下尤為明顯。

2) 在同樣壓下率的情況下，金屬同軋輥的接觸面積比兩輥穿孔機要大得多，也就是軸向拽入力比兩輥穿孔機大，更利於咬入。

3) 相比兩輥的雙線螺旋，三輥穿孔形成三線螺旋送進，同樣的送進角和軋輥轉速的情況下，斜軋穿孔的時間較兩輥的縮短。

4) 由於沒有導板的摩擦，減少了軸向滑移，軸向滑移係數可達0． 95 ～ 1． 1; 提高了穿孔效率，由兩輥的最高效率0． 8 提高到0． 9 ～ 0． 95，比兩輥斜軋穿孔高出15%～ 20%。

5) 降低了單位能耗，根據實驗室研究資料，其能耗要比兩輥斜軋穿孔小33% ～ 40%。

6) 改善了毛管內外表面的質量，由於無導板劃傷和中心撕裂的問題，因此毛管內外表面的質量比兩輥斜軋穿孔為好，保證了後續鋼管生產的質量。

7) 生產中調整靈活、方便，能夠適應較寬的品種規格範圍，而且軋製精度高，鋼管內外表面光潔，質量高，壁厚均勻，形狀規整，一般外徑公差在± 0.5 以下，壁厚公差在± 0.3 ～ 0.5 之間。

8) 毛管尺寸比較穩定，各支毛管之間或同一毛管頭尾的外徑差比兩輥穿孔的小。

9) 從CPE 機組的特殊性可知，管坯經穿孔獲得毛管的外徑和壁厚比較單一，且為中厚壁管，不會發生三輥穿孔機穿軋薄壁毛管時容易形成尾三角的問題。

10) 由於穿軋毛管壁厚較厚、長度較短，頂頭的使用壽命更長。

11) 三輥穿孔機機型較兩錐形輥穿孔機簡單，控制也沒那麼複雜，便於操控。

12) 相應地，同樣規格穿孔機的重量，由於結構簡單，三輥穿孔機較兩輥輕便。

13) 為保證檢測元件靈敏可靠，編碼器和接近開關等都選用進口件; 從而保證高調控精度，自動化程度高，作業率高，故障少。

14) 為保證穿孔機各運動機構的安全可靠，重要的調整機構設有兩道甚至三道保險，有接近開關、凸輪開關，還有電氣限位。

15) 機組在機械、電氣、液壓各系統間均設有聯鎖與保護; 機械設備上還設計有極限保護措施; 電氣設計有過載保護等。

16) 安裝於PC 中的操作系統與PLC 相連，確保工藝控制可靠和毛管質量優良，物料跟蹤系統能儲存來料的工藝數據和設定參數，各種產品規格的設定參數、工具數據、穿軋工序以及穿軋結果儲存在數據庫中，方便調用 ^[2]  。

綜上所述，由於三輥穿孔機的結構形式和變形特點，更有利於金屬塑性變形，所以大大減少了穿孔時引起的毛管內外表面缺陷，更適於穿軋低塑性難變形材料; 三輥穿孔結構和操作均相對簡單，擴大了可穿鋼種的範圍，且更換毛管規格方便; 可以充分利用三輥穿孔機的優勢，避開軋製薄壁毛管出現尾三角的缺點。特別地，三輥穿孔機是CPE 頂管機組的不錯甚至更適合的一個選擇。

不管是新建還是改造無縫生產線，三輥穿孔機型都能帶來巨大的成本效益和高質量的產品。不僅可以減少表面缺陷，而且可以降低工具消耗和能耗，並有效地控制投資和生產成本 ^[3]  。