基于無縫鋼管頂管機(jī)組成型工藝參數(shù)研究

摘 要：研究無縫鋼管頂管機(jī)組成型工藝參數(shù)，能夠有效降低了生產(chǎn)無縫鋼管的時間，對提升無縫鋼管企業(yè)的生產(chǎn)效率，具有重要作用。本文在對影響頂管機(jī)變形的因素進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，分別對無縫鋼管頂管機(jī)的孔型參數(shù)和力能參數(shù)進(jìn)行了計算，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

前言：隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和社會生產(chǎn)力的進(jìn)一步提高，鋼管在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位日益凸顯，特別是無縫鋼管，取得了巨大發(fā)展成效，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及國防領(lǐng)域。但與發(fā)達(dá)國家相比，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)不完善等問題制約了無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展。因此，研究無縫鋼管機(jī)組特別是常規(guī)頂管機(jī)組成型工藝參數(shù)，對提升工藝技術(shù)，提高無縫管產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。

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。縮口質(zhì)量較好，能夠有效提升鋼管的成材率和無縫鋼管的生產(chǎn)效率。如縮口質(zhì)量不佳，管坯溫差過大，則不利于無縫鋼管軋制的進(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，在加熱的過程中，應(yīng)注意控制加熱溫度。加熱溫度過高，容易使管坯過熱、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)，就無法保證無縫鋼管的生產(chǎn)質(zhì)量，因此，在生產(chǎn)無縫鋼管的過程中，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)計算

（一）三輥式輥模簡介

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，因此是無縫鋼管生產(chǎn)經(jīng)常采用的頂管機(jī)輥模類型。同時，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)計原則

軋制表是穿孔機(jī)和軋管機(jī)進(jìn)行孔型設(shè)計的基礎(chǔ)，軋制表中規(guī)定的各項工序的減徑量和減壁量，是進(jìn)行孔型設(shè)計的理論依據(jù)。其中，頂管機(jī)型系列的確定應(yīng)在保持無縫鋼管生產(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)計時應(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）孔型計算步驟

首先要在對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)而計算每個機(jī)架的斷面收縮率，求出每個機(jī)架的橫截面面積。再根據(jù)孔型的直徑計算孔型的橢圓度，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，計算孔型的修正參數(shù)，確定孔型的半徑，檢驗金屬橫截面的面積，進(jìn)行適度調(diào)整，保證無縫鋼管生產(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)對每個軋制品進(jìn)行銑削，第二種方法是將采用專門的孔型加工機(jī)床，對三個軋輥同時進(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)計圖進(jìn)行加工的過程中，需要明確軋槽圓弧半徑和偏心距兩個參數(shù)。采用集中加工的方式，能夠有效避免孔型邊緣破裂，但其對機(jī)床和軋制刀具的要求較高，生產(chǎn)成本較大。在加工過程中，要明確刀具的直徑和偏移量兩個參數(shù)。

三、頂管機(jī)力能參數(shù)計算

（一）變形抗力計算

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，原子被迫離開原來位置，產(chǎn)生彈性形變。隨著原子偏移距離越來越遠(yuǎn)并趨于穩(wěn)定，又會產(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)頂推力計算

頂管機(jī)的頂推力是設(shè)計頂管機(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：通過以上研究發(fā)現(xiàn)，在研究無縫鋼管頂管機(jī)工藝參數(shù)的過程中，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，對頂管機(jī)的力能參數(shù)和孔型參數(shù)進(jìn)行計算，能夠避免變形等情況的發(fā)生，降低維修費(fèi)用。因此，在研究無縫鋼管頂管機(jī)工藝參數(shù)的過程中，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： 石油專用管開發(fā)及評價.