由于沖孔之后,沖孔坯存在杯底,且延伸系數小,沖孔坯壁厚又太厚,一般情況下,需要在壓力沖孔機和軋管機之間增設斜軋延伸機(大頂管機組和擠壓管機組除外)。其目的是減薄沖孔坯的壁厚,延穿沖孔坯的杯底,提高毛管的壁厚精度。對于方坯沖孔而言,還要在沖孔機之前增設定型機,以便對方坯的角部進行壓縮定型,保證沖孔坯的壁厚精度。
壓力沖孔機分為立式壓力沖孔機和臥式壓力沖孔機兩種。壓力沖孔機主要由沖孔機液壓系統、沖孔模系統和張力柱系統組成。圖4-2所示為臥式壓力沖孔機的沖孔過程。
從圖4-2可知,壓力沖孔時的管坯變形過程如下:沖孔開始時,沖頭先與管坯的端面中心部分接觸,逐步對管坯施加壓力,當沖頭作用在管坯上的應力達到材料的屈服強度時,管坯開始發生塑性變形,此時,在沖頭的前端形成一個45°的圓錐體不變形X(死區)(圖4-2a)。此區對沖孔前方的金屬起著尖劈的作用,使得管坯中心部分(與沖頭面積相等)的金屬沿徑向流動而形成管坯的內孔,直到管坯的表面與沖孔模的內壁接觸,最終形成圖形沖孔坯(圖4-2b)。
從壓力沖孔的變形過程還不難看出,管坯套入沖孔模之后,在沖頭的作用下產生壓縮變形,管坯自始至終承受著軸向壓應力的作用。當管坯表面還沒有與沖孔模內壁發生接觸之前,即當管坯橫截面的周邊總長度小于沖孔模內壁的圓周長時,管坯沿徑向產生壓應力,沿周向產生拉應力,如圖4-4a所示。一旦管坯表面與沖孔模內表面接觸,管坯在受到軸向壓應
力和徑向壓應力作用的同時,還受到周向壓應力的作用,如圖4-4b所示。并且,因為沖孔模的內徑與管坯的直徑相差很小,在沖頭壓力的作用下,管坯表面在很短的時間內就會與沖孔模內壁發生接觸。因此,管坯的沖孔變形過程主要是在三向壓應力狀態下完成的。
管坯由于是在三向壓應力作用下發生變形的,因此對管坯中心部分的疏松和縮孔會起到壓實的效果,其內部的裂紋有可能得以“焊合”,而柱狀晶組織在沖孔之后會得到“破碎”。所以,壓力沖孔工藝可以改善管坯的低倍組織缺陷,為后續延伸工序(周期軋管機組)和頂管工序(頂管機組)、擠壓工序(擠壓管機組)提供質量良好的沖孔坯。
對于一些塑性比較差,不適宜采用直接穿孔工藝生產的高合金無縫鋼管管坯,可以先進行壓力沖孔,再進行延伸軋制。