斜轧计算方法

斜轧过程中金属处于明显的三向应力也三向应变状态。这种空间应力应变状态和简化成平面问题或者轴对称问题来分析求解，都会产生很大误差，按三维为题求解，在数学处理上又遇到很大困难。因此斜轧单位压力的理论计算方法尚未获得很好的解决。实际中广为应用而又接近实测值的斜轧穿孔单位压力理论计算方法仍然是纵轧公式。

借用纵轧公式计算斜轧问题看起来是不合理的，但是，如果把斜轧看出成是一种连续的纵轧过程还是有道理的。利用纵轧公式计算斜轧穿孔单位压力，比较由于斜轧时三向应力状态所产生的计算唔哈，可借助于投产期间获得的一些实验系数加以修正。

对此，可借用此公式进行单位压力运算 。

斜轧成形分3类：

1.无缝钢管生产中应用的斜轧，包括斜轧穿孔、斜轧延伸、均整和斜轧定径；

2.孔型斜轧，其特点是轧辊表面上带有变高度、变螺距的轧槽，能轧制出长度上变断面的回转体产品，如钢球轧制，丝杠轧制等；

3.仿形斜轧，它借助于液压或机械的仿形板控制三个旋转的锥形轧辊，作相对于轧件中心的径向运动以完成变断面轴的轧制。仿形斜轧主要用来生产比较长的变断面轴产品，如纺织锭杆、刀剪、手术器械等毛坯料。

当今无缝钢管生产中穿孔工艺更加合理，穿孔过程实现了自动化，斜轧穿孔整个过程可以分为3 个阶段：

1.不稳定过程。管坯前端金属逐渐充满变形区阶段，即管坯同轧辊开始接触到前端金属出变形区，这个阶段存在一次咬入和二次咬入。

2.稳定过程。这是穿孔过程主要阶段，从管坯前端金属充满变形区到管坯尾端金属开始离开变形区为止。

3.不稳定过程。为管坯尾端金属逐渐离开变形区到金属全部离开轧辊为止。

稳定过程和不稳定过程有着明显的差别，这在生产过程中很容易观察到的。如一只毛管上头尾尺寸和中间尺寸就有差别，一般是毛管前端直径大，尾端直径小，而中间部分是一致的。头尾尺寸偏差大是不稳定过程特征之一。造成头部直径大的原因是：前端金属在逐渐充满变形区中，金属同轧辊接触面上的摩擦力是逐渐增加的，到完全变形区才达到最大值，特别是当管坯前端与顶头相遇时，由于受到顶头的轴向阻力，金属向轴向延伸受到阻力，使得轴向延伸变形减小，而横向变形增加，加上没有外端限制，从而导致前端直径大。尾端直径小，是因为管坯尾端被顶头开始穿透时，顶头阻力明显下降，易于延伸变形，同时横向展轧小，所以外径小。

生产中出现的前卡、后卡也是不稳定特征之一，虽然3 个过程有所区别，但它们都在同一个变形区内实现的。变形区是由轧辊、顶头、导盘构成 。

斜轧方法已经在无缝钢管的生产过程中得到广泛应用，它除了应用在穿孔这个主要工序之外，还应用在轧管、均整、定径、延伸、扩径和旋压等基本工序中。斜轧与纵轧和横轧不同之处主要表现在金属的流动性上。纵轧时金属流动的主要方向与轧辊表面的运动方向相同，横轧时金属流动的主要方向与轧辊表面的运动方向相同，斜轧则处与纵轧与横轧之间，变形金属的流动方向与变形工具轧辊的运动方向成一角度，金属除了前进运动外，还有绕本身轴线的转动，作的是螺旋前进运动。生产中所用的斜轧机有二辊和三辊两种系统 。

无缝钢管生产中的穿孔工序是将实心的管坯穿成空心的毛管。穿孔作为金属变形的第一道工序，由于穿出的管子壁厚较厚、长度较短、内外表面质量较差，因此称作毛管。如果在毛管上存在一些缺陷，经过后面的工序也很难消除或者减轻。所以在无缝钢管生产中的穿孔工序起着十分重要的作用。

斜轧穿孔过程中，存在两次咬入，第一次咬入是管坯和轧辊开始接触瞬间，由轧辊带动管坯运动而把管坯拽入变形区，称为一次咬入。当金属进入变形区到和顶头相遇，克服顶头的轴向阻力继续进入变形区为二次咬入 。2100433B

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。

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 。