一般認(rèn)為，穿孔時(shí)管坯在接觸頂頭前，其中心部位金屬有微小的疏松，可以減少穿孔時(shí)的能量消耗和頂頭損耗，使穿孔過(guò)程易于進(jìn)行。但是,管坯中心部分如果金屬嚴(yán)重開裂并氣化.在繼續(xù)加工時(shí)就會(huì)造成毛管內(nèi)折。因此，控制管坯孔腔的過(guò)早形成，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)顯有著重要的意義。
目前對(duì)管坯孔腔形成的理論可分為三大類:剪切應(yīng)力理論、正應(yīng)力理論和綜合應(yīng)力理論。
剪切應(yīng)力理論認(rèn)為，骨坯的中心破裂是受到剪切應(yīng)力作用的結(jié)果,如圖4-10所示。
從圖4-10可以看出，兩個(gè)軋輥對(duì)管坯的作用力為P1和P2，由于軋輥旋轉(zhuǎn),在管壞表面產(chǎn)生的摩擦力為F1和F2因?yàn)閮蓚€(gè)軋輥的轉(zhuǎn)速相等，所以其合力R1和R2在理論上是相等且相互平行的，但其方向相反,這樣就對(duì)管坯的內(nèi)部組織產(chǎn)生一種剪切作用，當(dāng)這種交變的剪切應(yīng)力超過(guò)管坯中心的強(qiáng)度極限應(yīng)力時(shí)，就會(huì)“撕裂”管坯中心的金屬，在管坯的中心形成孔腔。
正應(yīng)力理論認(rèn)為，無(wú)縫鋼管管坯孔腔的形成是由于管坯中心部分的金屬受到交變拉壓應(yīng)力作用的結(jié)果。如圖4-11所示。
由于孔型橢圓度的存在，當(dāng)管坯在穿孔變形區(qū)的咬人段進(jìn)行壓縮減徑變形時(shí)，其中心部分的金屬在孔型的短軸方向受到壓應(yīng)力的作用，而在孔型長(zhǎng)軸方向受到拉應(yīng)力的作用。管坯中心受到的這種反復(fù)、交變的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力共同作用的結(jié)果，加劇了管坯中心開裂的趨勢(shì)。同時(shí)，由于金屬的不均勻變形，也會(huì)在管坯的中心產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)這兩種原因所引起的拉應(yīng)力超過(guò)了管坯中心的強(qiáng)度極限應(yīng)力時(shí)，管坯中心會(huì)破裂而形成孔腔。
綜合應(yīng)力理論認(rèn)為，管坯孔腔的形成是由于交變的剪切應(yīng)力和很大的拉應(yīng)力對(duì)管坯中心金屬同時(shí)作用的結(jié)果。剪切應(yīng)力使軋件中心部分在斷裂前出現(xiàn)金屬松弛，降低了晶間的聯(lián)系力，為撕裂金屬造成了有利的條件。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)了管坯中心的強(qiáng)度極限應(yīng)力時(shí)，管坯的中心就會(huì)產(chǎn)生裂紋，并且裂紋會(huì)不斷擴(kuò)大而形成孔腔。
無(wú)論哪一種管坯孔腔形成的理論，都說(shuō)明無(wú)縫鋼管管坯中心形成的孔腔都是因?yàn)槠渲行奶幍慕饘偈艿捷^大的拉應(yīng)力或剪切應(yīng)力或二者共同作用的結(jié)果。一旦管坯中心所受的拉應(yīng)力超過(guò)管坯中心的強(qiáng)度極限應(yīng)力，管壞就會(huì)產(chǎn)生裂紋并逐步擴(kuò)展而形成孔腔。因此，凡是減小管坯中心的剪切應(yīng)力和拉應(yīng)力以及提高管坯塑性的辦法，均有利于抑制管坯中心孔腔的形成。
