三辊斜轧穿孔机

早先三辊穿孔机主要靠有经验的操作工通过手动调整，从而准确度难以完全保证，基于测控自动化和保证调整准度与毛管精度考虑，做了以下改进:

1) 加悬臂三辊定心，尽量靠近穿孔机，增加顶头顶杆的刚性，有效防止偏心。

2) 激光校准装置对穿孔机进行标定( 配带工装) ，保证机组的同心度，高水平的工艺控制可确保毛管的几何形状与精确的同心度，满足毛管壁厚精度要求。

3) 关于标定，在机架端面定3 个点，固定工装支架，激光发射器固定在支架上，调整工装找正，量筒和测量元件一起被夹紧在三辊定心的中心，对准并标定，同理将后续三辊定心、顶杆小车的位置依次标定。

4) 对原轧辊轴结构修改细化，防止应力集中。

5) 穿孔机主传动电机采用直流电机，若空间允许，考虑两台小点的电机串联，降低投资，考虑合适的减速比，满足穿轧高合金钢种的要求。

6) 压下装置由弹簧平衡改为液压平衡，使压下螺丝螺母的螺纹间隙得到更有效的消除，孔型控制精度更高。

7) 压下辊位由编码器检测，从而实现精确定位，可以从操作台数显系统上和PC 界面中看到显示的数值，便于随时监控。

8) 所有调整机构都设有可靠的防尘、消隙装置，保持清洁，消除间隙，充分保证精度。如大铜套加密防尘，提高其使用寿命，也有利于换辊，尤其对于两下辊。

9) 电动送进角( 轧辊摆角) 的调节同样由编码器检测实现精确定位，可以从操作台数显系统上和PC 界面中看到显示的数值，便于随时调控。

10) 考虑改进送进角转盘的锁紧，在转盘上刻纹，并在压块上刻纹，刻纹宽度适当考虑蜗杆的导程等，保证两锁紧装置的相位，液压锁紧。

11) 送进角调节的锁紧机构改进，采用球铰方式或者其它方式解决振松的问题; 若轧辊架两侧带小球铰，则必须采用液压缸消隙; 若轧辊架两半大球铰置于滑块( 可在转盘窗口里滑动) 内，则可考虑顶丝消隙后紧固 。

1) 三辊穿孔的管坯横截面变形特点是圆三角形，这样横截面椭圆度小，顶头易对准中心，故三辊穿孔毛管的壁厚尺寸精度高于两辊穿孔机，在压下精确调整和保证顶杆刚度的情况下尤为明显。

2) 在同样压下率的情况下，金属同轧辊的接触面积比两辊穿孔机要大得多，也就是轴向拽入力比两辊穿孔机大，更利于咬入。

3) 相比两辊的双线螺旋，三辊穿孔形成三线螺旋送进，同样的送进角和轧辊转速的情况下，斜轧穿孔的时间较两辊的缩短。

4) 由于没有导板的摩擦，减少了轴向滑移，轴向滑移系数可达0． 95 ～ 1． 1; 提高了穿孔效率，由两辊的最高效率0． 8 提高到0． 9 ～ 0． 95，比两辊斜轧穿孔高出15%～ 20%。

5) 降低了单位能耗，根据实验室研究资料，其能耗要比两辊斜轧穿孔小33% ～ 40%。

6) 改善了毛管内外表面的质量，由于无导板划伤和中心撕裂的问题，因此毛管内外表面的质量比两辊斜轧穿孔为好，保证了后续钢管生产的质量。

7) 生产中调整灵活、方便，能够适应较宽的品种规格范围，而且轧制精度高，钢管内外表面光洁，质量高，壁厚均匀，形状规整，一般外径公差在± 0.5 以下，壁厚公差在± 0.3 ～ 0.5 之间。

8) 毛管尺寸比较稳定，各支毛管之间或同一毛管头尾的外径差比两辊穿孔的小。

9) 从CPE 机组的特殊性可知，管坯经穿孔获得毛管的外径和壁厚比较单一，且为中厚壁管，不会发生三辊穿孔机穿轧薄壁毛管时容易形成尾三角的问题。

10) 由于穿轧毛管壁厚较厚、长度较短，顶头的使用寿命更长。

11) 三辊穿孔机机型较两锥形辊穿孔机简单，控制也没那么复杂，便于操控。

12) 相应地，同样规格穿孔机的重量，由于结构简单，三辊穿孔机较两辊轻便。

13) 为保证检测元件灵敏可靠，编码器和接近开关等都选用进口件; 从而保证高调控精度，自动化程度高，作业率高，故障少。

14) 为保证穿孔机各运动机构的安全可靠，重要的调整机构设有两道甚至三道保险，有接近开关、凸轮开关，还有电气限位。

15) 机组在机械、电气、液压各系统间均设有联锁与保护; 机械设备上还设计有极限保护措施; 电气设计有过载保护等。

16) 安装于PC 中的操作系统与PLC 相连，确保工艺控制可靠和毛管质量优良，物料跟踪系统能储存来料的工艺数据和设定参数，各种产品规格的设定参数、工具数据、穿轧工序以及穿轧结果储存在数据库中，方便调用 。

自从第一台三辊穿孔机于1965 年投入工业生产以来，用三辊穿孔机穿轧合金管坯就备受关注。后来由于两锥形辊穿孔机的趋于成熟且广泛应用，三辊穿孔机相对发展缓慢。

三辊穿孔除了具备两辊穿孔同样的效率高、生产灵活、可穿长坯的优点外，其最大特点是变形区金属处于三向压应力状态。三向压应力不会产生中心破裂。在提高生产能力和改善毛管质量方面，比两辊穿孔具有更大潜力。三辊穿孔机穿出的毛管尺寸精度比两辊高，可穿轧的合金钢管的范围比两辊大，因此是一种值得推广的很有发展潜力的机型。

针对目前国内普遍存在的大量结构陈旧、性能落后、能源浪费严重、原材料消耗高、质量难以保证、环境污染严重、劳动条件差的小型无缝钢管机组面临淘汰，资料认为114( 半) 限动芯棒连轧管机组和114CPE 机组是改造我国小型无缝钢管机组较为理想的机型。

对于CPE 机组，建议采用鼓形穿孔机，特别推荐三辊穿孔机，因CPE 延伸很大，鼓形穿孔机延伸较小毛管壁厚较大，缩口后毛管维持较高温度，有利于顶管生产。三对于小型无缝钢管企业来说，锥形穿孔机结构复杂，重量大，主电机容量也大，其价格比鼓形穿孔机高约50%，且辊穿孔毛管壁厚精度略高于两辊，并且CPE 不要求薄壁毛管，选择三辊穿孔机可显著的减少投资 。

三辊斜轧穿孔机三辊穿孔机组由前台、三辊穿孔机、主传动、后台一段、后台二段、电气控制系统、流体系统( 包括液压、润滑、冷却水等) 等组成。其中穿孔机主传动包括主电机、联轴器、三出轴的减速机和万向接轴等。

三辊穿孔机是三个轧辊呈“品”字形120°布置的斜轧机型。没有导板或导盘，完全由三轧辊形成孔型，变形区的变形过程如同两辊穿孔机。三辊穿孔机主要由机架、轧辊、轧辊架、压下调整装置、锁紧装置及转盘机构等部分组成。轧辊平衡弹簧和调整装置联合成整体，转盘定位于机架入口侧，其作用是通过调整其上的蜗轮蜗杆确定三个轧辊的送进角; 机架由上机架和下机架组成，上轧辊装于上机架中，两个下轧辊装于下机架中，上下机架由锁紧立柱通过斜楔锁紧。

三辊穿孔机为开口式机架结构，换辊、维护、检修方便。早期机型为轧辊平衡采用纯机械方式，压下调整不太方便，平衡性及调整精度更多地由操作工熟练的经验保证，故其自动化程度有待提高。

在三辊穿孔机上斜轧实心管坯时金属中心区的变形和应力状态与两辊穿孔有着本质的区别，由三个主动轧辊和一个顶头构成“封闭的”环形孔型。在三辊穿轧实心管坯时，由于管坯始终受到三个方向的压缩，加上椭圆度小，一般在管坯中心不会产生破裂( 即形成孔腔) ，或者说形成孔腔的倾向小，从而保证了毛管内表面质量。这种变形方式更适合穿孔高合金钢种。

实验和实际生产证明，在三辊穿孔机上穿孔时不产生中心破裂形成孔腔，因而用三辊穿孔机穿孔毛管可以获得高的内表面质量，同时对管坯的内部质量也要求不高。即使本身有中心疏松和缩孔的圆铸坯，穿孔后也不形成内折型式的缺陷，有资料认为三辊穿孔是在没有孔化疏松作用下实现的 。

综上所述，由于三辊穿孔机的结构形式和变形特点，更有利于金属塑性变形，所以大大减少了穿孔时引起的毛管内外表面缺陷，更适于穿轧低塑性难变形材料; 三辊穿孔结构和操作均相对简单，扩大了可穿钢种的范围，且更换毛管规格方便; 可以充分利用三辊穿孔机的优势，避开轧制薄壁毛管出现尾三角的缺点。特别地，三辊穿孔机是CPE 顶管机组的不错甚至更适合的一个选择。

不管是新建还是改造无缝生产线，三辊穿孔机型都能带来巨大的成本效益和高质量的产品。不仅可以减少表面缺陷，而且可以降低工具消耗和能耗，并有效地控制投资和生产成本 。

1891年德国曼内斯曼兄弟发明周期式轧管机时为穿孔钢锭，才将轧辊辊型确定下来。其特征是轧辊由导向、穿孔、辗轧、减径和定径四段组成。在穿孔和辗轧两段之间有一个很短的柱状段，导位装置为导辊。这种辊型的穿孔机称为“曼氏穿孔机”。

现在常用的二辊斜轧穿孔机，是斯蒂弗尔于1905年完成的自动轧管机组中采用的。轧辊由两个锥体以大直径端对接而成，即桶形辊，导位为导板。

穿孔机由主机架、轧辊主传动、前台和后台组成。前台设有受料槽和推钢装置，后台有顶杆支持和定心装置。现代化的穿孔机为提高生产率，顶杆在完成一根毛管的穿孔之后，与毛管一起被拔出轧制线，从毛管中抽出后，进入循环运送系统，经冷却后从轧制线另一侧拔入轧制线，开始另一个工作循环。

我国自动轧管机组中的二辊斜轧穿孔机，没有顶杆循环运送系统。顶杆固定在推力支座上，在穿孔时，顶杆有推力支座支持，使顶头处于穿孔工作位置。一个毛管穿完后，推力支座将顶杆自毛管中抽出，毛管被拔出轧制线后，推力支座将顶杆送至工作位置，进行下一根毛管的穿孔。

顶杆和顶头的结合有两种方式，一种是顶头用螺纹拧接在顶杆的前端，顶头因磨损或更换产品规格而需要更换时，连同顶杆一起更换；另一种方式是顶头由人工置于穿孔机孔喉处的下导板上，顶杆由推力支座送到工作位置，当管坯被轧辊咬人时，顶头落在顶杆前端的顶尖上，完成穿孔一根毛管后，顶头落在下导板上，由人工更换顶头，顶杆由推力支座施出毛管。

穿孔机的机架在我国有两种结构形式。一种是轧辊和轴承座安装在两个转鼓内，转动转鼓可调整喂入角。在卧式配置轧辊的穿孔机上，转鼓安装在轧线两侧的牌坊内；在立式布置轧辊的穿孔机上，转鼓布置在机架的4个支柱之间，轧制线的上方和下方。前一种形式的穿孔机需要换辊时，打开机架上盖，用吊车逐个吊出轧辊。后一种穿孔机换辊时，先将上轧辊落坐在下轧辊上，机架上盖打开，用吊车将上、下轧辊一次吊出。

穿孔机机架上配制有导位装置，导位与轧辊构成近乎于封闭的空间，称为“孔型”。我国有两种形式的导位装置，一种是导板，是最广泛应用的；另一种是大导盘，驱动的大导盘直径约为轧辊直径的两倍，其缘面运动速度大于毛管轧出速度。

锻造实心圆毛坯时，每锤锻一次，圆毛坯绕本身轴线转动一下，因此圆毛坯在径向受到连续的锤锻和压缩。每次锤锻时，径向的压缩量称为单位压缩量。因横向锻造时，单位压缩量小，因此发生表面变形（圆毛坯横锻试验证明，单位压缩量小于6%时，则发生表面变形）。由于连续地多次径向压缩，当径向总压缩量达到一定数值时，毛坯轴心部位便出现撕裂。图1为5CrNiMo钢在1 100～850℃温度范围内锻造后，其中心部位产生撕裂的情形。

三辊斜轧穿孔机斜轧穿孔试验证明，顶头前管坯中心部位从未发现有孔腔形成现象。图2为三辊斜轧穿孔机和二辊斜轧穿孔机穿孔轧卡试样。

由轧卡试样可知，三辊穿孔顶头前管坯中心部位无孔腔产生，而二辊穿孔顶头前管坯中心部位产生了孔腔。图3中a所示为三辊穿孔管坯中心在横向只受轧辊外力作用产生压应力，而无拉应力；图3中b所示为二辊穿孔管坯中心在轧辊外力作用方向，产生压应力，在导板方向受拉应力，在交变拉、压应力的作用下，导致中心产生撕裂。

二辊斜轧穿孔时，轧辊与轧件纵向接触f可为细长窄条，因此轧辊对管坯作用力近似于集中载荷，又因为轧辊每旋转半圈的压下量小(约小2%～4%)，从而造成表面变形。图4为斜轧圆管坯在外力P作用下管坯横断面的图示。

由图4可知，管坯的一部分受轧辊的直接作用，即所谓直接作用区；另一部分受轧辊的间接作用，该部分称为间接作用区。由于载荷集中，直接作用区的应力获得优先发展，应力值较大；而在随着离开集中载荷作用下的直接作用区所形成的间接作用区中，由于应力分布在比直接作用区接触面积大得多的面积上，因此应力分散，其值急剧下降。由此不难看出，斜轧穿孔时，表面首先产生塑性变形，而随着接近坯料中心其塑性变形逐渐减小，表面变形的金属优先向横向扩展（横断面由圆形变成椭圆形）和纵向延伸。由于纵向表面变形的结果，在管坯端部形成漏斗形凹陷。可见，无论表面变形或纵变形，其结果乃导致外层变形的金属具有很大的流动速度，造成“拉”中间区域金属向横向扩展及纵向延伸。所以斜轧穿孔变形是极不均匀的变形，在管坯中心产生很大的拉应力（横向），该力是形成孔腔的主要应力。