二輥斜軋穿孔機

1891年德國曼內斯曼兄弟發明週期式軋管機時為穿孔鋼錠，才將軋輥輥型確定下來。其特徵是軋輥由導向、穿孔、輾軋、減徑和定徑四段組成。在穿孔和輾軋兩段之間有一個很短的柱狀段，導位裝置為導輥。這種輥型的穿孔機稱為“曼氏穿孔機”。

現在常用的二輥斜軋穿孔機，是斯蒂弗爾於1905年完成的自動軋管機組中採用的。軋輥由兩個錐體以大直徑端對接而成，即桶形輥，導位為導板。

穿孔機由主機架、軋輥主傳動、前台和後台組成。前台設有受料槽和推鋼裝置，後台有頂杆支持和定心裝置。現代化的穿孔機為提高生產率，頂杆在完成一根毛管的穿孔之後，與毛管一起被拔出軋製線，從毛管中抽出後，進入循環運送系統，經冷卻後從軋製線另一側拔入軋製線，開始另一個工作循環。

我國自動軋管機組中的二輥斜軋穿孔機，沒有頂杆循環運送系統。頂杆固定在推力支座上，在穿孔時，頂杆有推力支座支持，使頂頭處於穿孔工作位置。一個毛管穿完後，推力支座將頂杆自毛管中抽出，毛管被拔出軋製線後，推力支座將頂杆送至工作位置，進行下一根毛管的穿孔。

頂杆和頂頭的結合有兩種方式，一種是頂頭用螺紋擰接在頂杆的前端，頂頭因磨損或更換產品規格而需要更換時，連同頂杆一起更換；另一種方式是頂頭由人工置於穿孔機孔喉處的下導板上，頂杆由推力支座送到工作位置，當管坯被軋輥咬人時，頂頭落在頂杆前端的頂尖上，完成穿孔一根毛管後，頂頭落在下導板上，由人工更換頂頭，頂杆由推力支座施出毛管。

穿孔機的機架在我國有兩種結構形式。一種是軋輥和軸承座安裝在兩個轉鼓內，轉動轉鼓可調整喂入角。在卧式配置軋輥的穿孔機上，轉鼓安裝在軋線兩側的牌坊內；在立式佈置軋輥的穿孔機上，轉鼓佈置在機架的4個支柱之間，軋製線的上方和下方。前一種形式的穿孔機需要換輥時，打開機架上蓋，用吊車逐個吊出軋輥。後一種穿孔機換輥時，先將上軋輥落坐在下軋輥上，機架上蓋打開，用吊車將上、下軋輥一次吊出。

穿孔機機架上配製有導位裝置，導位與軋輥構成近乎於封閉的空間，稱為“孔型”。我國有兩種形式的導位裝置，一種是導板，是最廣泛應用的；另一種是大導盤，驅動的大導盤直徑約為軋輥直徑的兩倍，其緣面運動速度大於毛管軋出速度。 ^[1] 

鍛造實心圓毛坯時，每錘鍛一次，圓毛坯繞本身軸線轉動一下，因此圓毛坯在徑向受到連續的錘鍛和壓縮。每次錘鍛時，徑向的壓縮量稱為單位壓縮量。因橫向鍛造時，單位壓縮量小，因此發生表面變形（圓毛坯橫鍛試驗證明，單位壓縮量小於6%時，則發生表面變形）。由於連續地多次徑向壓縮，當徑向總壓縮量達到一定數值時，毛坯軸心部位便出現撕裂。圖1為5CrNiMo鋼在1 100～850℃温度範圍內鍛造後，其中心部位產生撕裂的情形。

三輥斜軋穿孔機斜軋穿孔試驗證明，頂頭前管坯中心部位從未發現有孔腔形成現象。圖2為三輥斜軋穿孔機和二輥斜軋穿孔機穿孔軋卡試樣。

由軋卡試樣可知，三輥穿孔頂頭前管坯中心部位無孔腔產生，而二輥穿孔頂頭前管坯中心部位產生了孔腔。圖3中a所示為三輥穿孔管坯中心在橫向只受軋輥外力作用產生壓應力，而無拉應力；圖3中b所示為二輥穿孔管坯中心在軋輥外力作用方向，產生壓應力，在導板方向受拉應力，在交變拉、壓應力的作用下，導致中心產生撕裂。 ^[2] 

二輥斜軋穿孔時，軋輥與軋件縱向接觸f可為細長窄條，因此軋輥對管坯作用力近似於集中載荷，又因為軋輥每旋轉半圈的壓下量小(約小2%～4%)，從而造成表面變形。圖4為斜軋圓管坯在外力P作用下管坯橫斷面的圖示。

由圖4可知，管坯的一部分受軋輥的直接作用，即所謂直接作用區；另一部分受軋輥的間接作用，該部分稱為間接作用區。由於載荷集中，直接作用區的應力獲得優先發展，應力值較大；而在隨着離開集中載荷作用下的直接作用區所形成的間接作用區中，由於應力分佈在比直接作用區接觸面積大得多的面積上，因此應力分散，其值急劇下降。由此不難看出，斜軋穿孔時，表面首先產生塑性變形，而隨着接近坯料中心其塑性變形逐漸減小，表面變形的金屬優先向橫向擴展（橫斷面由圓形變成橢圓形）和縱向延伸。由於縱向表面變形的結果，在管坯端部形成漏斗形凹陷。可見，無論表面變形或縱變形，其結果乃導致外層變形的金屬具有很大的流動速度，造成“拉”中間區域金屬向橫向擴展及縱向延伸。所以斜軋穿孔變形是極不均勻的變形，在管坯中心產生很大的拉應力（橫向），該力是形成孔腔的主要應力。