尾三角形成的根本原因在于三辊斜轧所固有的扩径倾向。当钢管轧制到尾部时,由于在轧辊入口侧没有足够的变形材料,毛管的纵向拉应力降低,使得尾部毛管的切向变形的倾向增大,增大了的切向变形导致纵向变形愈来愈少。如果轧辊和芯棒之间切向出口速度大于后面轧辊的咬入速度必将在轧辊之间出现材料堵塞,形成尾三角,引起纵向送进的停止。为了解决尾三角问题人们着重从管尾的预减径预减壁开始,直到后来的轧辊快开技术的应用。解决尾三角的工艺发展过程经历了以下过程。
1. NEL无尾损失
在早期,抑制尾三角的方法并不是轧辊快开技术,轧辊快开技术只是后期的产物。NEL无尾损失是早期的典型的代表,这种装置是由装在轧机入口侧的3~4个辊子组成,他主要是对尾部钢管进行预减径和减壁(减径和减壁与荒管的D/S比有关)这样可以消除或减少尾部扩径引起的动力,从而实现抑制尾三角的目的。
这种方式的主要弊端是调整困难,对每一种规格都要根据经验进行NEL辊子的压下量调整。在工作过程中不能考虑到轧件的轴向运行速度,使得毛管的轴向速度加大之后预减作用不明显,从而导致他的使用性差。曾对NEL进行过大量轧制试验,结果表明:
a. 轧制中等壁厚的荒管时,若荒管外径小于毛管外径5mm时,NEL是可行的,荒管尾部凸起部分不必切除就可进行定减径;NEL的适用范围为D/S不大于21和S不小于5.5mm,低于上述范围应用“快打开”。由此看来,尾部损失减小到50mm以内是可能的;
b. 轧制薄壁管时,因NEL的轧辊是被动的,它在轧制时与主机轧制形成扭转力矩,使从NEL轧出的壁厚过薄部分出现扭曲,造成延伸后尾部不规整,通过性差。现有NEL装置的轧辊支撑连杆剐度较小,孔喉尺寸弹跳大,影响其作用的正常发挥。因此,NEL的使用没有得到推广。
2. 调整送进角消除尾三角
从三辊变形机理进行分析以及大量的生产数据表明,减小轧辊的送进角度会明显的减小尾三角的长度直至不影响钢管的正常轧制。20世纪80年代的特朗斯瓦尔轧机正是从这个角度出发,采用旋转牌坊变动送进角的方式抑制尾三角的出现,见图6-47,但是随着送进角的减小必将导致轧制效率的降低和荒管纵向壁厚的不均,最终的切尾量也是居高不下。另外这种方式还要设定速度函数和钢管长度函数,合理控制比较困难。
3. 轧辊快开技术
20世纪90年代引进φ170mm机组之后,解决尾三角问题的真正意义上的轧辊快开技术才在我国得以应用。它的基本原理是钢管轧制到尾部时轧辊提前打开,喉径放大,将钢管的减径量减小,在机构上它通过一个套在轧辊平衡缸中的柱塞式油缸来实现快开功能。见图6-48。柱塞式油缸与强大压力的平衡缸配合使用,无疑会提高该快开机构的反应速度。经过多次现场测试,这种快开方式反应灵敏,快开时间能够保持在0.1s之内,基本能满足轧制薄壁管的速度要求。快开之后的管尾经张力减径、矫直工序的轧制,切尾量较小,能够控制在100mm之内,有效提高了金属的收得率。由于其在轧辊的入口出口分别设置快开油缸使得该快开机构在工作过程中对碾轧角没有影响,控制比较简单,但是由于其所在的轧机换辊以及轧辊送进角调整比较麻烦,最终导致新型三辊轧管机的出现,即机架在线打开换辊式三辊轧管机。随之而来的是快开结构形式的变化。它的快开机构如图6-48所示。
4. 新型的轧辊快开装置
新型液压差动式轧辊快开技术的出现,在一定程度上提高了快开动作的实施时间,补偿了因快开之后碾轧角增大带来的缺陷。它的基本机械结构是在3个柱塞缸上实施液压差动技术,提高缸径的动作速度以达到减少快开时间。目前这种机构已经在某钢管厂的Assel轧管机上得到应用,效果非常良好。