基于無縫鋼管頂管機組成型工藝參數研究

摘 要：研究無縫鋼管頂管機組成型工藝參數，能夠有效降低了生產無縫鋼管的時間，對提升無縫鋼管企業的生產效率，具有重要作用。本文在對影響頂管機變形的因素進行深入分析的基礎上，分別對無縫鋼管頂管機的孔型參數和力能參數進行了計算，以期為相關人士提供借鑒和參考。

關鍵詞：頂管機；工藝參數；孔型設計

前言：隨著社會經濟的不斷發展和社會生產力的進一步提高，鋼管在我國經濟發展中的地位日益凸顯，特別是無縫鋼管，取得了巨大發展成效，被廣泛應用于工業及國防領域。但與發達國家相比，產品質量還存在一定的差距，生產能力分散和工藝技術不完善等問題制約了無縫鋼管生產企業的發展。因此，研究無縫鋼管機組特別是常規頂管機組成型工藝參數，對提升工藝技術，提高無縫管產品質量具有重要的現實意義。

一、影響頂管機變形的因素

（一）縮口質量

縮口質量是影響頂管機變形的重要因素之一，頂管機能否正常工作，取決于縮口質量的好壞。縮口質量較好，能夠有效提升鋼管的成材率和無縫鋼管的生產效率。如縮口質量不佳，管坯溫差過大，則不利于無縫鋼管軋制的進行。因此，提升縮口質量，優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，必須對管坯進行有效加熱，改變其內部性能和屬性，在加熱的過程中，應注意控制加熱溫度。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，不容易產生變形，從而使得頂管機的工作負荷進一步增加。因此，將管坯的加熱狀況控制在合理的范圍內，均勻加熱，能夠有效保證無縫鋼管生產工作的正常進行，降低金屬的消耗成本，提升生產效率[1]。

（三）變形工藝參數

變形工藝依據生產產品的規格，確定每一種產品的變形量標準。其中，產品的變形工藝參數主要是指孔型的分布和排列。孔型參數的分布和排列直接影響了頂管機的變形，如果不能合理設置變形工藝參數，就無法保證無縫鋼管的生產質量，因此，在生產無縫鋼管的過程中，應格外重視變形工藝參數的設定。

二、頂管機孔型參數計算

（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，但管子的穩定性較差。而三輥式輥模的延伸性和穩定性都比四輥式輥模要好，因此是無縫鋼管生產經常采用的頂管機輥模類型。同時，由于維修費用隨輥子數量的增加而增加，因此為降低維修費用，無縫鋼管生產企業大多采用三輥式輥模進行生產。

（二）孔型設計原則

軋制表是穿孔機和軋管機進行孔型設計的基礎，軋制表中規定的各項工序的減徑量和減壁量，是進行孔型設計的理論依據。其中，頂管機型系列的確定應在保持無縫鋼管生產質量的基礎上，采用盡可能少的系列數，從而提升生產的效率，降低生產成本。在具體的孔型設計時應注意以下幾點：首先，應考慮頂管機在正常運行時最大的變形力；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，最后，要了解軋制材料的變形性能和機床的負荷能力[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上，確定芯棒的直徑，進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架總數，進而計算每個機架的斷面收縮率，求出每個機架的橫截面面積。再根據孔型的直徑計算孔型的橢圓度，并將求出的橢圓度結果進行適當調整，以防止因變形導致的毛管破裂。最后，計算孔型的修正參數，確定孔型的半徑，檢驗金屬橫截面的面積，進行適度調整，保證無縫鋼管生產的質量。

（四）孔型加工參數

孔型加工方法有兩種，第一種方法是采用單獨對每個軋制品進行銑削，第二種方法是將采用專門的孔型加工機床，對三個軋輥同時進行銑削。利用單獨加工的方式，能夠突破機床的限制，具有靈活性的特征，但容易導致孔型的邊緣破損。在依據孔型設計圖進行加工的過程中，需要明確軋槽圓弧半徑和偏心距兩個參數。采用集中加工的方式，能夠有效避免孔型邊緣破裂，但其對機床和軋制刀具的要求較高，生產成本較大。在加工過程中，要明確刀具的直徑和偏移量兩個參數。

三、頂管機力能參數計算

（一）變形抗力計算

金屬是由原子構成的，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，產生彈性形變。隨著原子偏移距離越來越遠并趨于穩定，又會產生塑性形變。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弱。其表達式如下：

其中，x代表金屬的化學成分，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）頂管機頂推力計算

頂管機的頂推力是設計頂管機的理論依據，是提高頂管機生產能力的關鍵。影響頂管機頂推力的因素主要有毛管的變形量、管坯的變形抗力和機架的間距。為了求得頂管機的頂推力，首先要求出單架頂管機的頂推力，然后采取建模的方法，求得第n架頂管機的頂推力，再根據計算結果，分析頂推力隨機架分布方式的變化規律，從而合理安排機架位置，確保頂推力達到最強。

結論：通過以上研究發現，在研究無縫鋼管頂管機工藝參數的過程中，探究影響頂管機變形的因素，有利于提升頂管機的生產工藝，為企業創造更大的經濟效益。在此基礎上，對頂管機的力能參數和孔型參數進行計算，能夠避免變形等情況的發生，降低維修費用。因此，在研究無縫鋼管頂管機工藝參數的過程中，可以采用上述方法。

參考文獻：

[1]李群.關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.適應新常態加速推進無縫鋼管行業供給側結構性改革[J].寶鋼技術，2017，（02）：1-9.[2017-08-05].

作者簡介：

楊永昌 （1984年），男，天津人，漢族，現職稱：工程師，學歷：碩士，研究方向： 石油專用管開發及評價.