前言
根据笔者近30来年轧辊孔型设计经验，分析和总结了直缝方矩形不锈钢焊管的变形规律、特点及影响质量的主要因素，并于1999年提出了高精度不锈钢尖角方矩形管的变形机制，其中，用两道土耳其头成型方矩形管的方法，经试验后获得成功，已被珠江三角洲地区不锈钢焊管生产企业、焊管机制造厂、轧辊制造商效仿应用，但真正做出高精度不锈钢尖角方矩形管的厂家并不多。本文详细介绍这种不锈钢尖角方矩焊管的变形机制。
1 方矩形管尖角的概念
传统的焊接不锈钢方矩形管，通常用一架土耳其头辊配几道方矩形轧辊来生产。生产主要靠平辊轧制整型，由于平辊是两辊式结构形式，存在方矩形管四个角的辊缝不等和角部受力状态不一致的问题，造成方矩形管四个角不尖不等，如图l(a)所示，R=1．2t，尺为外圆角半径，f为壁厚。虽然符合有关企业标准，但不能满足用户对产品的高质量的要求。新型设计采用了土耳其头四辊轧制整型，由于土耳其头上装的四辊结构相同，四个角的辊缝相等，角部受力状态一致，当轧制力足够大时，角部产生塑性变形使金属填充角部，管的外表面形成了平面与弧面之间的交线——即尖角，其形状如图1(b)所示。
图1 方矩形管的截面形状
本设计所述的尖角是指圆角与其相邻平面的交线距离小于##且四角均匀一致。本方案可最小限度地改造原有机组排列，最大限度地提高方矩形管质量，适用于国内各中小型焊管机组。
2 尖角方矩形管变形机理
在土耳其头四辊中心线处管坯横截面，尖角管的尖角形成机理与普通方矩形管靠弯曲成角是不同的，它靠的是轧辊的轧制力，通过弧形拱产生挤压力F，如图2所示，使钢带角部产生塑性变形从而使金属填充角部而成。弧形拱对角填充的压力
土耳其头四辊在一定的弧面作用于钢带的同一横截面，满足式(1)的条件，即可通过轧辊压力使角部金属产生塑性变形，形成尖角。
3 两道土耳其头成型尖角方矩形管的方法
用两道土耳其头孔型的管坯变形如图4所示。根据土耳其头轧辊的特点，设计出新型的土耳其头轧辊组结构(属国内首创)，提高了土耳其头轧辊的位置精度和方矩形管的尺寸精度，同时也提高了生产过程的稳定性，利于操作调整。具体结构如图5和图6所示。
图6 尖角方矩形管的土耳其头辊组结构
设计需要注意：①高精度不锈钢尖角方矩形管总变形量比相应的普通方矩形管总变形量大l-2mm。当总变形量不足时，难以形成尖角，公差也难以稳定；②计算高精度不锈钢尖角方矩形管带宽时，要比相应的普通方矩形管的带宽大l-2mm。
4 新型土耳其头轧辊成型特点
与传统的土耳其头轧辊相比，新型土耳其头轧辊成型具有：
(1)土耳其头内四个轧辊具有相互定位作用；
(2)提高了方矩形管的尺寸精度和表面质量；
(3)提高了生产过程的稳定性，解决了传统的土耳其头轧辊生产方矩形管不稳定的难题；
(4)利于操作调整，因为有轧辊之间的定位作用，调整时不必用尺子去量；
(5)管坯的压角、压面的变形全部由两道土耳其头轧辊承担，节约异型轧辊40％一60％。
在管坯的纵截面，传统的轧辊道次排列如图7(a)所示，新型的轧辊道次排列如图7(b)所示，在原定径机组上增加一道土耳其头即可应用。
图7 轧辊的道次排列
两道土耳其头作为方矩形管变形主体，其特点是轧制道次少。土耳其头前面仍用圆管孔型和粗成型、精成型辊一起产生推动力，两架土耳其头辊仍为被动辊。一般来讲，两架被动的土耳其头轧辊要靠三道主动平辊来推动比较合适。
5 结语
传统的方矩形管生产方式主要缺点是：①直角不够尖；②四角圆角半径大小不等；③产品尺寸不精确、不稳定；④需要的异型轧辊数量多，定径部分轧辊约20个。
采用方矩形尖角管的工艺设计方法特点是：①利用普通焊管机组的定径部分，圆管仅用两道土耳其头变方矩形尖角管，提高了产品的尺寸精度和表面质量； (誊咯架土耳其头内的四辊均采用了相互制约酶新结构，使用普通焊管机组就能生产出较高精密度方矩形管；③结构简单，精度高，生产稳定，轧辊数量少(一般只有l0—12个)，容易操作；④土耳其头辊内装轴承，应选用E级以上的单列向心球轴承，系列代号要由原来的2改为3，改后可适于生产壁厚小于1．5mm的方矩形管。
作者：金奎文
