一般認(rèn)為，穿孔時管坯在接觸頂頭前，其中心部位金屬有微小的疏松，可以減少穿孔時的能量消耗和頂頭損耗，使穿孔過程易于進(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)加工時就會造成毛管內(nèi)折。因此，控制管坯孔腔的過早形成，對保證產(chǎn)品質(zhì)顯有著重要的意義。
目前對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，兩個軋輥對管坯的作用力為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€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)力超過管坯中心的強(qiáng)度極限應(yīng)力時，就會“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，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。同時，由于金屬的不均勻變形，也會在管坯的中心產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)這兩種原因所引起的拉應(yīng)力超過了管坯中心的強(qiáng)度極限應(yīng)力時，管坯中心會破裂而形成孔腔。
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)力對管坯中心金屬同時作用的結(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)力超過了管坯中心的強(qiáng)度極限應(yīng)力時，管坯的中心就會產(chǎn)生裂紋，并且裂紋會不斷擴(kuò)大而形成孔腔。
無論哪一種管坯孔腔形成的理論，都說明無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)力超過管坯中心的強(qiáng)度極限應(yīng)力，管壞就會產(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。
