热轧无缝钢管管坯纵轧穿孔——压力冲孔的工艺及特点（一）

压力冲孔是将加热好的无缝钢管管坯(方坯、波浪形圆锭、多边形钢锭)装人带有一定锥度(1%左右)的冲孔模中，然后用压力冲孔机驱动冲头作直线运动，冲头对准管坯的中心部分而冲出内孔。按冲孔工艺要求，所冲出的冲孔坏内孔面积等于或稍大于(不超过10%)冲孔模内孔横截面的面积与管坯横截面的面积之差。因而其变形量很小，延伸系数一般在1.0-1.1之间。

由于冲孔之后，冲孔坯存在杯底，且延伸系数小，冲孔坯壁厚又太厚，一般情况下，需要在压力冲孔机和轧管机之间增设斜轧延伸机(大顶管机组和挤压管机组除外)。其目的是减薄冲孔坯的壁厚，延穿冲孔坯的杯底，提高毛管的壁厚精度。对于方坯冲孔而言，还要在冲孔机之前增设定型机，以便对方坯的角部进行压缩定型，保证冲孔坯的壁厚精度。

压力冲孔机分为立式压力冲孔机和卧式压力冲孔机两种。压力冲孔机主要由冲孔机液压系统、冲孔模系统和张力柱系统组成。图4-2所示为卧式压力冲孔机的冲孔过程。

从图4-2可知，压力冲孔时的管坯变形过程如下:冲孔开始时，冲头先与管坯的端面中心部分接触，逐步对管坯施加压力，当冲头作用在管坯上的应力达到材料的屈服强度时，管坯开始发生塑性变形，此时，在冲头的前端形成一个45°的圆锥体不变形X(死区)(图4-2a)。此区对冲孔前方的金属起着尖劈的作用，使得管坯中心部分(与冲头面积相等)的金属沿径向流动而形成管坯的内孔，直到管坯的表面与冲孔模的内壁接触，最终形成图形冲孔坯(图4-2b)。

从压力冲孔的变形过程还不难看出，管坯套入冲孔模之后，在冲头的作用下产生压缩变形，管坯自始至终承受着轴向压应力的作用。当管坯表面还没有与冲孔模内壁发生接触之前，即当管坯横截面的周边总长度小于冲孔模内壁的圆周长时，管坯沿径向产生压应力，沿周向产生拉应力，如图4-4a所示。一旦管坯表面与冲孔模内表面接触，管坯在受到轴向压应

力和径向压应力作用的同时，还受到周向压应力的作用，如图4-4b所示。并且，因为冲孔模的内径与管坯的直径相差很小，在冲头压力的作用下，管坯表面在很短的时间内就会与冲孔模内壁发生接触。因此，管坯的冲孔变形过程主要是在三向压应力状态下完成的。

管坯由于是在三向压应力作用下发生变形的，因此对管坯中心部分的疏松和缩孔会起到压实的效果，其内部的裂纹有可能得以“焊合”，而柱状晶组织在冲孔之后会得到“破碎”。所以，压力冲孔工艺可以改善管坯的低倍组织缺陷，为后续延伸工序(周期轧管机组)和顶管工序(顶管机组)、挤压工序(挤压管机组)提供质量良好的冲孔坯。

对于一些塑性比较差，不适宜采用直接穿孔工艺生产的高合金无缝钢管管坯，可以先进行压力冲孔，再进行延伸轧制。

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