摘 要:研究無(wú)縫鋼管頂管機(jī)組成型工藝參數(shù),能夠有效降低了生產(chǎn)無(wú)縫鋼管的時(shí)間,對(duì)提升無(wú)縫鋼管企業(yè)的生產(chǎn)效率,具有重要作用。本文在對(duì)影響頂管機(jī)變形的因素進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上,分別對(duì)無(wú)縫鋼管頂管機(jī)的孔型參數(shù)和力能參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,以期為相關(guān)人士提供借鑒和參考。
關(guān)鍵詞:頂管機(jī);工藝參數(shù);孔型設(shè)計(jì)
前言:隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)力的進(jìn)一步提高,鋼管在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位日益凸顯,特別是無(wú)縫鋼管,取得了巨大發(fā)展成效,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及國(guó)防領(lǐng)域。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,產(chǎn)品質(zhì)量還存在一定的差距,生產(chǎn)能力分散和工藝技術(shù)不完善等問(wèn)題制約了無(wú)縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展。因此,研究無(wú)縫鋼管機(jī)組特別是常規(guī)頂管機(jī)組成型工藝參數(shù),對(duì)提升工藝技術(shù),提高無(wú)縫管產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
一、影響頂管機(jī)變形的因素
(一)縮口質(zhì)量
縮口質(zhì)量是影響頂管機(jī)變形的重要因素之一,頂管機(jī)能否正常工作,取決于縮口質(zhì)量的好壞??s口質(zhì)量較好,能夠有效提升鋼管的成材率和無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)效率。如縮口質(zhì)量不佳,管坯溫差過(guò)大,則不利于無(wú)縫鋼管軋制的進(jìn)行。因此,提升縮口質(zhì)量,優(yōu)化縮口壁厚均勻性對(duì)提升成材率具有極其重要作用。
(二)管坯加熱狀況
為了提升金屬的塑性,易于材料變形,必須對(duì)管坯進(jìn)行有效加熱,改變其內(nèi)部性能和屬性,在加熱的過(guò)程中,應(yīng)注意控制加熱溫度。加熱溫度過(guò)高,容易使管坯過(guò)熱、晶粒粗大,增加管坯表面的氧化程度,使金屬消耗成本進(jìn)一步增加,降低了成材率。加熱溫度不足,容易使管坯的塑性降低,不容易產(chǎn)生變形,從而使得頂管機(jī)的工作負(fù)荷進(jìn)一步增加。因此,將管坯的加熱狀況控制在合理的范圍內(nèi),均勻加熱,能夠有效保證無(wú)縫鋼管生產(chǎn)工作的正常進(jìn)行,降低金屬的消耗成本,提升生產(chǎn)效率[1]。
(三)變形工藝參數(shù)
變形工藝依據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格,確定每一種產(chǎn)品的變形量標(biāo)準(zhǔn)。其中,產(chǎn)品的變形工藝參數(shù)主要是指孔型的分布和排列??仔蛥?shù)的分布和排列直接影響了頂管機(jī)的變形,如果不能合理設(shè)置變形工藝參數(shù),就無(wú)法保證無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)質(zhì)量,因此,在生產(chǎn)無(wú)縫鋼管的過(guò)程中,應(yīng)格外重視變形工藝參數(shù)的設(shè)定。
二、頂管機(jī)孔型參數(shù)計(jì)算
(一)三輥式輥模簡(jiǎn)介
四輥式輥模的變形性能較三輥式輥模更均勻,但管子的穩(wěn)定性較差。而三輥式輥模的延伸性和穩(wěn)定性都比四輥式輥模要好,因此是無(wú)縫鋼管生產(chǎn)經(jīng)常采用的頂管機(jī)輥模類型。同時(shí),由于維修費(fèi)用隨輥?zhàn)訑?shù)量的增加而增加,因此為降低維修費(fèi)用,無(wú)縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)大多采用三輥式輥模進(jìn)行生產(chǎn)。
(二)孔型設(shè)計(jì)原則
軋制表是穿孔機(jī)和軋管機(jī)進(jìn)行孔型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),軋制表中規(guī)定的各項(xiàng)工序的減徑量和減壁量,是進(jìn)行孔型設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。其中,頂管機(jī)型系列的確定應(yīng)在保持無(wú)縫鋼管生產(chǎn)質(zhì)量的基礎(chǔ)上,采用盡可能少的系列數(shù),從而提升生產(chǎn)的效率,降低生產(chǎn)成本。在具體的孔型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):首先,應(yīng)考慮頂管機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)最大的變形力;其次,要注意三輥式輥模的最大變形量;第三,要將管坯坯底最大承載力考慮在內(nèi),最后,要了解軋制材料的變形性能和機(jī)床的負(fù)荷能力[2]。
(三)孔型計(jì)算步驟
首先要在對(duì)脫棒間隙和插棒間隙綜合考慮的基礎(chǔ)上,確定芯棒的直徑,進(jìn)而確定毛管的總延伸率。芯棒直徑的計(jì)算公式如下:
其中, 代表毛管的外徑,S0代表毛管的厚度。
然后,確定變形所需要的機(jī)架總數(shù),進(jìn)而計(jì)算每個(gè)機(jī)架的斷面收縮率,求出每個(gè)機(jī)架的橫截面面積。再根據(jù)孔型的直徑計(jì)算孔型的橢圓度,并將求出的橢圓度結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,以防止因變形導(dǎo)致的毛管破裂。最后,計(jì)算孔型的修正參數(shù),確定孔型的半徑,檢驗(yàn)金屬橫截面的面積,進(jìn)行適度調(diào)整,保證無(wú)縫鋼管生產(chǎn)的質(zhì)量。
(四)孔型加工參數(shù)
孔型加工方法有兩種,第一種方法是采用單獨(dú)對(duì)每個(gè)軋制品進(jìn)行銑削,第二種方法是將采用專門(mén)的孔型加工機(jī)床,對(duì)三個(gè)軋輥同時(shí)進(jìn)行銑削。利用單獨(dú)加工的方式,能夠突破機(jī)床的限制,具有靈活性的特征,但容易導(dǎo)致孔型的邊緣破損。在依據(jù)孔型設(shè)計(jì)圖進(jìn)行加工的過(guò)程中,需要明確軋槽圓弧半徑和偏心距兩個(gè)參數(shù)。采用集中加工的方式,能夠有效避免孔型邊緣破裂,但其對(duì)機(jī)床和軋制刀具的要求較高,生產(chǎn)成本較大。在加工過(guò)程中,要明確刀具的直徑和偏移量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。
三、頂管機(jī)力能參數(shù)計(jì)算
(一)變形抗力計(jì)算
金屬是由原子構(gòu)成的,原子之間既存在吸引力,又存在抵抗力。由于抵抗力的影響,原子被迫離開(kāi)原來(lái)位置,產(chǎn)生彈性形變。隨著原子偏移距離越來(lái)越遠(yuǎn)并趨于穩(wěn)定,又會(huì)產(chǎn)生塑性形變。為了定義金屬的塑性形變,人們通常用金屬塑性形變抵抗力來(lái)表示物體抵抗力的強(qiáng)弱。其表達(dá)式如下:
其中,x代表金屬的化學(xué)成分,t代表金屬變形的溫度, 代表金屬變形的速率, 代表金屬變形的程度。
(二)頂管機(jī)頂推力計(jì)算
頂管機(jī)的頂推力是設(shè)計(jì)頂管機(jī)的理論依據(jù),是提高頂管機(jī)生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。影響頂管機(jī)頂推力的因素主要有毛管的變形量、管坯的變形抗力和機(jī)架的間距。為了求得頂管機(jī)的頂推力,首先要求出單架頂管機(jī)的頂推力,然后采取建模的方法,求得第n架頂管機(jī)的頂推力,再根據(jù)計(jì)算結(jié)果,分析頂推力隨機(jī)架分布方式的變化規(guī)律,從而合理安排機(jī)架位置,確保頂推力達(dá)到最強(qiáng)。
結(jié)論:通過(guò)以上研究發(fā)現(xiàn),在研究無(wú)縫鋼管頂管機(jī)工藝參數(shù)的過(guò)程中,探究影響頂管機(jī)變形的因素,有利于提升頂管機(jī)的生產(chǎn)工藝,為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。在此基礎(chǔ)上,對(duì)頂管機(jī)的力能參數(shù)和孔型參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,能夠避免變形等情況的發(fā)生,降低維修費(fèi)用。因此,在研究無(wú)縫鋼管頂管機(jī)工藝參數(shù)的過(guò)程中,可以采用上述方法。
參考文獻(xiàn):
[1]李群.關(guān)于增加軋件外端改善無(wú)縫鋼管變形的討論[J].鋼管,2017,46(01):60-63.[2017-08-05].
[2]姜玉梅.適應(yīng)新常態(tài)加速推進(jìn)無(wú)縫鋼管行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革[J].寶鋼技術(shù),2017,(02):1-9.[2017-08-05].
作者簡(jiǎn)介:
楊永昌 (1984年),男,天津人,漢族,現(xiàn)職稱:工程師,學(xué)歷:碩士,研究方向: 石油專用管開(kāi)發(fā)及評(píng)價(jià).