2 二輥斜軋管工藝技術

二輥斜軋管是指在軋輥的作用下，毛管一邊旋轉，一邊前進，通過由兩個軋輥、兩個導盤（或導板）和芯棒組成的環(huán)狀孔型，實現減徑、減壁，軋制成符合質量要求的荒管的一種軋管方法。

2.1 二輥斜軋管機概況

二輥斜軋管機包括曼式軋管機、狄塞爾軋管機和精密軋管機等。目前，最具代表且應用最為廣泛的二輥斜軋管機是精密軋管機。

2.1.1 二輥斜軋管機的結構特點

（1）二輥曼式軋管機的結構特點。二輥曼式軋管機由左、右布置的兩個桶形軋輥，上、下布置的兩個導板和短芯棒（或頂頭）構成環(huán)狀封閉孔型。軋輥軸線與軋制中心線傾斜，并構成喂入角α。芯棒主要采用固定操作方式。

（2）狄塞爾軋管機的結構特點。狄塞爾軋管機的結構型式與二輥曼式軋管機基本相同，只是不再采用上、下導板而改用兩個主動旋轉的大導盤（導盤直徑一般為軋輥直徑的2倍左右）。導盤可垂直布置，亦可水平布置。導盤的線速度大于荒管的出口速度（一般為1.5～3.0倍）。芯棒大多采用全浮動操作方式。

（3）精密軋管機的結構特點。精密軋管機是將狄塞爾軋管機的桶形軋輥改成錐形軋輥，軋輥軸線與軋制中心線在空間上構成喂入角α和輾軋角β。芯棒可采用固定操作方式、浮動操作方式或限動操作方式。其中，限動芯棒操作方式（包括前進式限動和回退式限動）最為普遍。

2.1.2 限動芯棒精密軋管機的工藝特點

（1） 由于采用了較大的輾軋角（一般為10°~15°）和錐形軋輥，軋輥的圓周速度從入口到出口呈單調增大，沿軋制線上的軋輥縱向分速度亦為單調增大。這與金屬縱向流動速度遞增是相適應的，它有利于提高軋制速度和促進金屬的縱向延伸。軋輥切向分速度同樣是單調增大的，避免了桶形輥斜軋管機帶來的軋件正、反雙向扭轉，有利于抑制金屬的附加變形。

（2）軋輥的均壁段較長，重軋系數提高到2以上，有利于提高荒管的壁厚精度，可獲得壁厚偏差在±5%以內的荒管。

（3）芯棒速度小于毛管入口的軋制速度，形成差速軋制并縮短了芯棒工作段的長度。

（4）大直徑導盤可作三向調整：沿軋制線上下調整，可改變孔型橢圓度；沿軋制線左右調整，可根據軋制規(guī)格，改變左側或右側輥縫值；沿軋制線前后調整，可改變導盤對荒管縱向的支撐位置。

（5）使用一種直徑的芯棒，通過調整軋輥間距、導盤間距等工藝參數，可以軋制幾個相鄰壁厚的荒管。芯棒成組循環(huán)使用，改善了芯棒的冷卻和潤滑條件，有利于提高其使用壽命、降低限動力和軋制力。

（6）管體在軋制過程中高速旋轉，限制軋制的荒管長度?；墓艹鲎冃螀^(qū)后，容易扭曲變形。

（7）荒管表面存在螺旋道。

2.2 精密軋管機組工藝流程

精密軋管機組工藝流程如圖8所示。

2.3 精密軋管機工藝參數設計

2.3.1 精密軋管機的孔型特點和金屬變形過程

2.3.1.1 精密軋管機的孔型特點

精密軋管機孔型如圖9所示。軋輥分為4段，對應變形區(qū)分4個區(qū)，分別為壓扁減徑段（Ⅰ區(qū)）、減徑減壁段（Ⅱ區(qū)）、均壁段（Ⅲ區(qū)）和轉圓段（Ⅳ區(qū)）。

2.3.1.2 金屬的變形過程

（1）壓扁減徑段（Ⅰ區(qū)）。毛管被軋輥咬入后進入Ⅰ區(qū)，由于孔型存在橢圓度，在Ⅰ區(qū)的前半段，毛管產生壓扁變形，橫截面由圓變成了橢圓。隨著軋輥曳入力的不斷增大，毛管不斷地向Ⅰ區(qū)深入，在孔型的限制下，毛管的外徑和內徑不斷減小（空減徑），直至其內壁與芯棒接觸。Ⅰ區(qū)的主要作用是使軋輥對毛管產生足夠大的曳入力，并通過壓扁及減徑變形，消除毛管內徑和芯棒表面在孔型短軸方向上的間隙，為毛管的減壁變形創(chuàng)造條件。

（2）減徑減壁段（Ⅱ區(qū)）。一旦毛管內壁與芯棒發(fā)生接觸，毛管進入Ⅱ區(qū)。Ⅱ區(qū)為主要變形區(qū)，受到軋輥和芯棒的輾軋，毛管同時發(fā)生減徑、減壁變形，并逐步形成荒管的基礎壁厚。在此區(qū)，通常將軋輥設計成帶輥肩的“雙減輥型”，如圖10所示。與傳統(tǒng)的軋輥輥型相比，“雙減輥型”縮短了軋輥Ⅱ區(qū)的長度，可實現金屬的集中變形。在相同的軋輥長度條件下，軋輥均壁段（Ⅲ區(qū)）得以增長，有利于改善荒管的表面質量，提高其壁厚精度。

圖8 精密軋管機組工藝流程

圖9 精密軋管機孔型示意

圖10“雙減輥型”軋輥示意

（3）均壁段（Ⅲ區(qū)）?；墓芑A壁厚形成之后，毛管進入Ⅲ區(qū)。Ⅲ區(qū)的軋輥表面與芯棒表面之間的法線距離相等，且輥身較長（一般為2～4個螺距，由軋輥長度決定），荒管經過Ⅲ區(qū)輾軋后，其壁厚偏差和表面質量均得到了良好的改善。

（4）轉圓段（Ⅳ區(qū)）。當荒管進入Ⅳ區(qū)后，軋輥間距逐漸增大，隨著荒管內壁與芯棒表面之間的間隙不斷增加，芯棒脫離與荒管內表面的接觸，軋輥只輾軋荒管的外表面。荒管橫截面由橢圓規(guī)整成圓，并逐漸脫離變形區(qū)。

2.3.2 精密軋管機工藝參數設計

精密軋管機工藝參數包括軋輥間距、導盤間距、橢圓度系數、芯棒直徑、減徑率、減壁率、延伸系數和軋制速度等。

（1）軋輥間距。軋輥間距E為：

式中Dg——壓縮帶處軋輥直徑，mm；

DE——壓縮帶處孔型直徑，DE=Dm-ΔD，mm；

Dm——毛管直徑，mm；

ΔD——毛管減徑量，mm，取15～35 mm。

（2）減徑率。減徑率ε為：

一般ε取8%～18%，軋制碳鋼管時取大值，軋制合金鋼管時取小值。

（3）導盤間距。導盤間距A為：

式中ξ——橢圓度系數，取1.05～1.15，軋制合金鋼管或厚壁鋼管時取小值。

（4）芯棒直徑。芯棒直徑d為：

式中S0——荒管壁厚，mm；

T——軋輥彈跳值，mm；一般取0.5～1.0 mm。

（5）毛管內壁與芯棒表面的間隙。毛管內壁與芯棒表面的間隙δ為：

式中Sm——毛管壁厚，mm。

一般δ取3～10 mm。

（6）減壁量。減壁量ΔS為：

一般減壁量ΔS取2～10 mm。

（7）減壁率。減壁率ω為：

一般減壁率ω取15%～55%。

（8）延伸系數。延伸系數μ為：

一般延伸系數μ取1.2～2.5。

（9）軋制速度。軋制速度V為：

式中n——軋輥轉速，r/min；

η——軸向滑移系數，取0.65～0.95；

Dc——荒管脫離軋輥處的軋輥直徑，mm。

2.4 精密軋管機工具設計

精密軋管機的工具包括軋輥、導盤和芯棒。工具設計遵循的基本原則是：提高軋管機產量和產品質量，降低金屬消耗和工具消耗，保證軋制負荷正常和軋制過程穩(wěn)定。

2.4.1 軋 輥

為保證軋輥具有足夠高的強度、良好的孔型封閉性和均壁效果，兼顧到設備結構尺寸和降低軋制負荷，軋輥直徑和軋輥長度依據所軋制的毛管直徑而定。軋輥形狀如圖9所示。

（1）軋輥直徑。軋輥直徑Dg為：

式中Dmmax——最大毛管直徑，mm。

（2）軋輥長度。軋輥長度和各段長度為：

式中Lg——軋輥長度，mm；

L1，L2，L3，L4——壓扁減徑、減徑減壁、均壁、轉圓段長度，mm，L2可取 20～80；

S——螺距，mm。

為簡便計算，軋輥長度可按經驗公式確定：

（3）軋輥輥面角。軋輥壓扁減徑段輥面角α1為 β+（2°～5°），減徑減壁段輥面角 α2為 β+（3°～8°），均壁段輥面角 α3為β+（1.0°～1.5°），轉圓段輥面角α4為 β-（0.5°～3.0°）。

（4）軋輥材質。軋輥多采用經過鍛、鑄的中碳鋼（45～55鋼）或中碳低合金鋼（45Mn～55Mn、45CrMo～55CrMo）制作，并需要進行熱處理。

2.4.2 導盤設計

導盤是一個等寬度的圓盤，根據軋輥直徑Dg確定其直徑的大小。導盤的寬度主要考慮壓縮帶處兩個軋輥的最小距離和導盤邊緣與軋輥的間隙。導盤圓弧形狀要求對孔型實施有效封閉，并能保證毛管（荒管）的自由旋轉。

（1） 導盤直徑 Db：

（3）導盤圓弧半徑。導盤低邊圓弧半徑R2和高邊圓弧半徑R1：

（4）導盤邊部圓角r。若導盤高邊的圓角r太大，則金屬容易進入輥縫，會引起削鋼和軋制過程劇烈振動；若圓角r太小，導盤邊緣太過尖銳，則容易崩裂缺邊，啃傷荒管外表面。導盤高邊圓角r取3～6 mm；導盤低邊圓角可以比高邊圓角略大一些，取5～10 mm。

（5）導盤邊部倒角。導盤邊部倒角的大小與孔型的封閉效果關系密切。為提高孔型的封閉性，導盤高邊倒角一般取 6°～10°，低邊倒角取 4°～6°。

（6）導盤材質。導盤材質可選用合金鑄鋼或合金半冷硬鑄鐵，亦可將導盤的工作軋槽和支持圓盤用兩種材料做成復合型導盤，或用具有紅硬性高、耐磨性好的材料堆焊軋槽工作面。

2.4.3 芯 棒

（1）芯棒長度的計算。

①固定芯棒操作時的芯棒長度Lx：

②浮動芯棒操作時的芯棒長度Lx：

③ 限動芯棒操作時的芯棒長度Lx與軋輥長度、軋制速度、限動速度、荒管長度等有關，為：

式中Lm——毛管長度，mm；

ΔLx——芯棒裕量，mm；

Vx/V——芯棒速度與軋制速度之比，計算時取最大值；

L0——荒管最大長度，mm。

（2）芯棒材質。精密軋管機芯棒用42CrMo、H11等合金鍛鋼制作。