三辊斜轧管机的主要特点

1.1　三辊斜轧管机的结构特点和芯棒操作方式

1.1.1　三辊斜轧管机的结构特点

三辊斜轧管机的机架内安装了呈120°布置的3个主动且同向旋转的轧辊。轧辊轴线在轧制中心线的水平面和垂直面上分别构成喂入角α和辗轧角β。轧辊形状呈锥形，轧辊中间有一个凸起的圆滑台阶（称为辊肩）。通过轧辊轴承座的转鼓来调整辗轧角的大小。3个轧辊形成自然对中的孔型，孔型中心线到3个轧辊的距离是相等的。三辊斜轧管机孔型如图4-12所示。

图4-12　三辊斜轧管机孔型示意图

1—轧辊2—芯棒3—毛管

1.1.2　三辊斜轧管机的芯棒操作方式

三辊斜轧管机大多采用浮动式或限动式（前进式限动和回退式限动）芯棒操作方式。

（1）浮动芯棒操作方式

浮动芯棒操作方式是将芯棒穿入毛管后，送进机构把毛管和芯棒一同送到轧管机前台，轧辊咬入毛管并带着毛管和芯棒一起旋转通过变形区。在轧制过程中，芯棒速度不受控制，轧制完成后，用脱棒机将芯棒从荒管中抽出。浮动芯棒操作方式比较适合生产小规格（≤Φ140mm）的无缝钢管。

浮动芯棒操作方式的优点是：轧制效率高、荒管质量好、轧制辅助时间少、轧管机前台简单、轧制的荒管D/S值大，有利于轧制薄壁钢管、处理故障方便。其缺点是：芯棒的长度长，需要设置专门的脱棒机。

（2）限动芯棒操作方式

前进式限动芯棒操作方式是将芯棒穿入毛管后，限动机构把毛管和芯棒一同送到轧管机前台，毛管轧制时，芯棒在限动小车的夹持下，以低于轧制速度的某一恒定速度向前运动。轧制完成后，限动机构将芯棒从荒管中抽出并返回到原始位置。

回退式限动芯棒操作方式是利用限动机构将芯棒穿入毛管，再穿过轧辊，并到达最前端极限位置。轧制过程中，毛管在轧辊的作用下边旋转边向前运动，芯棒在限动小车的夹持下，按设定的恒定速度后退，并逐步从已轧完的荒管中抽出。在轧制结束、荒管脱离轧辊的同时，芯棒正好从荒管中全部抽出。

限动芯棒操作时，芯棒可以在轧辊咬入毛管后，由毛管带动芯棒自由旋转，也可以在轧辊咬入毛管之前，利用限动小车上的电机带动芯棒和毛管一起预旋转，它有利于毛管的一次咬入。

限动芯棒操作方式的优点是：芯棒长度较短（为浮动芯棒的1/2左右），不需要设置专门的脱棒机。其缺点是：轧制效率低，轧制的荒管D/S值小，容易产生“尾三角”，处理故障不方便。

1.2　三辊斜轧管机的变形特点

三辊斜轧管机的变形过程与二辊斜轧管机基本相同，孔型由压扁减径段（Ⅰ区）、减径减壁段（Ⅱ区）、均壁段（Ⅲ区）和转圆段（Ⅳ区）组成，4段分别对应轧辊的入口锥、辊肩、平整段和出口锥，如图4-12所示。(www.xing528.com)

在轧制过程中，毛管旋转前进通过变形区，从咬入、减径减壁、均壁到转圆抛出，需经历一个由厚壁圆、三角形再到薄壁圆的变形过程（二辊斜轧管时，是从厚壁圆、椭圆再到薄壁圆的变形过程）。

（1）压扁减径段（Ⅰ区）

压扁减径段是从毛管咬入开始到辊肩入口为止。毛管被轧辊咬入进入孔型后，由于毛管内径大于芯棒直径，先是毛管直径得到逐渐压下，直至内壁与芯棒接触；接着，在毛管继续向辊肩方向运动的过程中，管壁受到辗压而减薄，但减壁量较小，一般为（0.15～0.25）h（h为辊肩高度）。在Ⅰ区，毛管横截面由圆形变成了三角形，外径减小并少有减壁。Ⅰ区的主要作用是实现毛管的一次咬入，通过减径来消除毛管内壁与芯棒表面之间的间隙，为毛管在辊肩处实现大变形创造条件。

（2）减径减壁段（Ⅱ区）

减径减壁段是从辊肩入口开始，到均壁段入口结束。Ⅱ区的作用是在芯棒的支撑下，毛管的外径和壁厚受到辊肩的辗轧，实现减径减壁，形成荒管基础壁厚。因辊肩高且短，此区的变形既集中又剧烈。

（3）均壁段（Ⅲ区）

均整段的作用是对荒管的基础壁厚进行辗轧均壁，以提高荒管的壁厚精度和表面质量。此区的轧辊辊面母线与芯棒母线平行。

（4）转圆段（Ⅳ区）

转圆段的作用是将三角形的荒管在几乎无压缩变形的条件下进行转圆，让荒管与轧辊逐渐脱离接触，直至完全离开轧辊。

三辊斜轧管机的孔型由3个主动旋转的轧辊组成，其咬入条件比二辊斜轧管机好，金属的延伸阻力小，在轧辊出口处，金属的轴向滑移系数甚至超过1（一般在0.60～1.18变化）。

除此之外，三辊斜轧管时，变形区中的金属会产生附加剪切变形、扭转变形以及荒管出变形区后的扭曲变形，这些附加变形是荒管产生管壁分层、表面缺陷的主要原因之一。导致上述附加变形的原因与二辊斜轧管机基本相同，只是在程度上存在差异。

三辊斜轧管机由于结构上的原因，辊缝大，孔型封闭性差，限制金属横向宽展的能力低；因此，变形区中的金属容易进入辊缝，造成荒管轧折或轧卡。这种情况在轧制薄壁钢管时较为突出。

由于三辊斜轧管机的孔型封闭性差，荒管前端容易产生“喇叭口”和尾端容易出现“尾三角”。为了克服三辊斜轧管机的这一不足，“快开”轧制法、“阶梯芯棒”轧制法和“无尾损失”轧制法应运而生。这些方法的核心都是要减少毛管前、后两端的减壁量，保证荒管两端形状的完整性。

“快开”轧制法是指在轧制毛管前、后两端时，将轧辊间距调大，以减小毛管前端和后端在辊肩上的减壁量。具体做法是：在毛管前端通过辊肩之前，调大轧辊间距，减小毛管前端通过辊肩时的减壁量，一旦毛管前端通过辊肩，利用轧辊轴承座上的调整机构，快速将轧辊间距恢复到设定位置；当毛管尾部即将通过辊肩时，调大轧辊间距，减小毛管尾端通过辊肩时的减壁量。

“阶梯芯棒”轧制法是指将芯棒前端的尺寸减小，利用小直径的芯棒前端来完成毛管端头的轧制，在轧辊间距不变的条件下，可减小毛管头部的减壁量。

“无尾损失”轧制法实质上是在轧管机入口侧安装了一个预轧管装置。在毛管尾端进入轧管机之前，利用预轧管装置对其尾端进行预减壁。这样一来，壁厚已经减薄了的毛管尾端通过辊肩时的减壁量自然就小了一些，降低了荒管出现“尾三角”的风险。

虽然在控制荒管前端“喇叭口”和荒管尾端“尾三角”方面做了大量的研究工作，并取得了理想的应用效果，但由于三辊斜轧管机的结构所带来的孔型封闭性远低于二辊斜轧管机，因此三辊斜轧管机轧制的荒管壁厚还是受到了较大限制，D/S值一般控制在30以下为宜。