矫直机
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2、轧件弹塑性弯曲过程中的曲率变化
轧件弯曲过程可以用曲 率变化来说明,主要使用以 下几个曲率。 (1)原始曲率1/r0:轧件在 矫直弯曲前所具有的曲率。r0 为轧件原始弯曲半径。曲率 的方向用正负号表示。“+” 表示弯曲凸度向下,“-” 表示弯曲凸度向上。等于零 表示轧件的原始状态是平直 的。
(2)反弯曲率1/ :在外力矩作用下,轧件强制弯曲后的 曲率称为反弯曲率。在压力矫直机和辊式矫直机上,反 弯曲率是通过矫直机的压头和辊子的压下来获得的。反 弯曲率的选择是决定轧件能否矫直的关键。轧件矫直的 实质就是要选择“适量”反弯曲率,以便使轧件在外力 矩消除后,经过弹性恢复而变直。反弯曲率的正负号与 原始曲率相关,与原始曲率方向相同时符号相反,方向 相反时符号相同。
0
z0
h 2 z0
(3.2 3)
式中dF: 微分面积 用s表示z积分整理后:
2 M s( z0
z0
0
z 2 dF 2 zdF )
h 2 z0
(3.2 4) ( 3.2 10)
s (W S )
式中W:弹性变形区的抗弯截面系数 S:塑性变形区的塑性截面系数
四、弹复曲率
一、轧件的弹塑性弯曲变形
1、弹塑性弯曲变形过程
(1)三种弯曲变形 如下图,在外负荷力矩作用下,轧件产生弯曲,凹面 受压应力,凸面受拉应力,表面层应力最大,
① 纯弹性弯曲:轧件表面层的最大应力小于等于材料的屈服 极限,则外力去除后,材料的变形能够全部弹性恢复。 服从虎克定律。
E
② 弹塑性弯曲:表层应力超过材料的屈服极限,产生塑性 变形,而中性层的应力仍然小于等于材料的屈服极限。 外力去除后,各层的变形可弹性恢复一部分。
(1)c图为上辊单独调整辊式矫直机,上排每个工作辊可 单独调整,调整方式比较灵活。多用于辊数较少且辊距 较大的矫直机,如矫直型钢和钢管。 (2)d图为上辊整体平行调整辊式矫直机,前后设有单独 调整的上工作辊,主要起导向作用,以利于被矫钢材的 导入和导出。多用于矫直厚度为4-12mm以上的钢板。 (3)e图为上辊整个倾斜调整辊式矫直机,这种调整方式 可以使被矫钢板的反弯曲率从大到小,符合矫直金属的 变形规律,该矫直机多用于矫直厚度为4mm以下的板带 材。 (4)f图为上排工作辊局部倾斜调整的矫直机,这种调整 方式可增加钢材大变形弯曲次数,多用于矫直薄板。
第8章 矫直机
矫直的必要性: 轧件在轧制、冷却和运输过程中,由于各种因素的影响,往往 产生形状缺陷。如钢轨、型钢和钢管经常出现弧形弯曲;某些型钢 (如工字钢)的断面会产生翼缘内并、外扩和扭转等;板材和带材 则会产生纵向弯曲(波浪形)、横向弯曲、边缘浪形和中间瓢曲以 及镰刀弯等。为了消除这些缺陷,轧件需要在矫直机上进行矫直。
大变形量矫直方案特点 (1)可以用较少的辊子获得较好的矫直质量; (2)由于过分增大轧件的变形程度,使轧件内部的 残余应力增加,影响了产品的质量,并增加了矫 直的能量消耗。
二、辊式矫直机的结构
1. 板材辊式矫直机
(1)平行辊列矫直机 下排辊子固定不动,上排辊子可以调整
图3.2-17 平行辊列矫直机示意图
(3)总变形曲率1/rc:它是轧件弯曲变形的变化量,是原 始曲率与反弯曲率的代数和,即: 1/rc=1/r0+1/ (4)残余曲率1/r:当去除外负荷后,轧件在弹性内力矩的 作用下,经过弹复后所具有的曲率称为残余曲率。如果1 /r=0,则表示轧件已矫直。 (5)弹复曲率1/ y:弹性恢复阶段,轧件弹性恢复的曲率 。它等于反弯曲率与残余曲率的代数差,即:
弹复曲率1/y与金属的原始曲率1/r0和反弯曲率1/ 的关系
2 2 s 1 sb h 1 y EJ 4 3 1 1 E r 0 2 2 sb h 1 s EJ 4 3 1 E r c
(3.2 17)
式中: E:金属的弹性模数 J:金属的截面惯性矩
弹复曲率1/y随着弯曲总曲率1/rc的增加而逐渐增大,且 弹复曲率的增量随1/rc的增加而逐渐减少。
百度文库.3 辊式矫直机
一、辊式矫直机的矫直原理
1. 小变形量矫直方案
矫直机上排工作辊每个辊子均可单独进行调整,且每个辊 子的压下量调整原则为:进入该辊的轧件经过反弯和弹复之后 ,其最大原始曲率应该完全消除。
为了防止矫直辊在矫直过程中产生挠曲变形,在矫直辊 上设有支持辊,通常下工作辊和下支持辊固定不动,上工作 辊和上支持辊可集体地在高度方向上调节。
图3.2-18 具有支持辊的平行辊列矫直机示意图
特点: 前后辊都具有相同的反弯曲率,板材从矫直机出来后具 有较大的残余曲率。矫直质量不高。
应用:
矫直厚度为4~40mm 中厚板。 辊数:通常5~13,其中5~7个辊子于矫直厚板。
3、管棒材矫直机
(1)g图为一般斜辊式矫直机 。这种矫直机的工作辊具有 类似双曲线的空间曲线的形 状,两排工作辊轴线互相交 叉。管棒材在矫直时边旋转 边前进,从而获得对轴线对 称的形状。 (2)h图为313型辊式矫直机 。这种矫直机的设备重量轻 ,易于调整和维修,用于矫 直管、棒材时,效果很好 (3)i图为偏心轴式矫直机, 用来矫直薄壁管。
8.1 矫直机的类型
矫直原理:使钢材的弯曲部位承受相当大的反向弯 曲或拉伸,使该部位产生一定的弹塑性变形,当外力去 除后,钢材经过弹性回复,然后达到平直。 根据矫直机的结构特点,矫直机可以分为压力矫直 机、辊式矫直机、管棒材矫直机、张力矫直机(拉伸矫 直机)及拉伸弯曲矫直机等类型。
1、压力矫直机
辊系可以增大第3对辊处塑性弯曲区的长度,使这 种辊系可以真正成为管棒材两用的矫直辊系
原理:当带材在小直径辊子上弯曲时,同时施加张力, 使带材产生弹塑性延伸,从而矫平。 特点:能耗小,矫直质量高。 用途:一般用在连续作业线上,可矫直各种金属带材。 也可用在酸洗机组上进行破鳞。
矫直机
8.2 弹塑性弯曲的基本概念及轧件的 反弯矫直
在压力矫直机、辊矫直机及拉伸弯曲矫直机中,轧件 经过弹塑性及弯后矫平的。为此,简要介绍弹塑性弯曲的 基本概念及轧件的反弯曲矫直原理。
特点:两端轴承受力均匀,机座刚性较好。但操作人员看 不到钢材的矫直情况,给调整工作造成困难,并且更换辊 套时拆装不便,影响矫直机的效率。
应用:多用于矫直大型钢材
通常在入口和出口处设臵一对立辊。其作用是引导钢材 正确地进入矫直机并适当矫直钢材的侧弯。
型钢矫直机辊数较少: 大型钢材矫直机:7~9辊 中小型钢材矫直机:7~11辊
4、拉伸矫直机
原理:对轧件施加超过材 料屈服极限的张力,使之 产生弹塑性变形,从而将 轧件矫平。 类型 (1)j图为夹钳式拉伸矫 直机,一个夹钳固定,一 个夹钳可动。由于单张矫 直,生产率低,端部会造 成较大的废料头,金属损 耗较大。 (2)k图、l图、m图均 为拉伸矫直机,其用途如 教材。
5、拉伸弯曲矫直机
三、轧件弯曲时的弯曲力矩
假设:矫直弯曲时,对轧件施加的外力矩等于其内力矩;轧 件弯曲前后的横截面仍保持为一平面,并且在横截面内的变 形大小与到中性层的距离成正比。 不考虑加工硬化,视金属为理想弹塑性体,在塑性变形区内 的应力值为金属屈服强度s 。
弯曲轧件所需外加力矩为:
M 2 z z dF 2 z s dF
设有送入辊和送出辊,辊数通常为7~17。
应用:
广泛用于矫直厚度小于4mm的薄板,有时也用矫直 中板。
(3)可调矫直辊挠度的矫直机
支持辊是分段式的。矫直时根据板材的浪弯或瓢曲的部 位不同,通过调整某列支持辊,使工作辊的相应部位预先产 生挠度,有针对性地矫直板材的中部或边部缺陷。
图3.2-20 可调矫直辊挠度的矫直机示意图
3. 斜辊矫直机
上述上下工作辊轴线平行的辊式钢板矫直机和辊式型钢 矫直机,在矫直管、棒等圆形断面轧件时存在两个致命的缺 点: 第一,只能矫直圆材垂直于辊轴的纵向剖面上的弯曲;
第二,自转现象使轧材产生严重的螺旋形弯曲(俗称麻 花弯)。
因此,管棒材等圆形断面轧件一般在上下轴线相交错且 辊形为三维双曲面的斜辊矫直机上矫直。
(2)倾斜辊列矫直机 下排辊子固定不动,上排辊子安装在可调整的上机架内 ,上排辊子可调整成与下排辊子成一倾斜度。
图3.2-19 倾斜辊列矫直机示意图 1-工作辊 2-支持辊
特点:
矫直辊从入口端到出口端逐渐加大上下辊间的距离 ,从而使被矫板材在矫直过程中的残余曲率逐渐减小, 最后板材得以平整。 符合辊式轿直机的矫直原理,矫直质量较好。
2.型钢矫直机
用途 用来矫直各种断面 的工字钢、角钢、槽钢 及钢轨等。 矫直辊类型 由辊轴和带孔槽的 可拆辊套组合而成。 分类 悬臂式矫直机 闭式矫直机
图3.2-23 悬臂式矫直机示意图 特点:操作、调整、维修和更换轴套等较方便,但两支 持轴承受力不均。
应用:多用于矫直中小型钢材
图3.2-24 闭式矫直机示意图
每个辊子的压下量恰好能矫直前面相邻辊子处的最大残余 曲率,是残余曲率逐渐减少的矫直方案。
小变形量矫直方案特点 (1) 优点:总变形曲率小,矫直轧件时功率消耗小。 (2) 不能完全消除残余曲率。增加辊数可以进一步减小 曲率变化范围。
2. 大变形量矫直方案
原理:轧件上不同方向,不同数值的原始曲率,经过同 一个反弯曲率的弹塑性反弯后,其残余曲率有趋向一致的特 性。正是轧件的这一特性,使得轧件经多次交变的弹塑性弯 曲后,其残余曲率逐渐趋向一致,形成单值残余曲率,然后 再进一步矫直。 方案:在前几个辊子采用比小变形矫直方案大得多的压 下量,使轧件得到足够大的弯曲,迅速缩小残余曲率变化范 围,接着后面的辊子采用小变形方案,反弯曲率逐渐减小, 使轧件趋于平直。
1/ y =1/ -1/r
(3.2-1)
二、轧件矫直基本原理
根据(3.2-1)式,要使原始曲率为1/r0的轧件得到矫 直,即残余曲率1/r=0,则必须选择适当的外力矩,使反 弯曲率在数值上等于弹复曲率。 矫直的基本原理:轧件的矫直弯曲变形过程分为弹塑 性弯曲变形和弹复变形两个阶段。弹塑性弯曲变形阶段 是在弯曲力矩M的作用下,将具有原始曲率1/r0的轧件向 反方向弯曲,其反弯曲率为1/ ;当外力矩去除后,进入 弹复阶段。此时在轧件的弹性内力矩的作用下,轧件弹 性恢复(弹复曲率为1/y),最终得残余曲率1/r。如果所 取的反弯曲率在数值上等于弹复曲率,则弹复后的轧件 将得到矫直。
③ 纯塑性弯曲(假想的弹塑性弯曲极限状态):整个材料 断面的纵向纤维应力都超过了材料的屈服极限,都处于 塑性变形状态。在外力去除后,在弹性内力矩作用下, 纵向纤维的变形只能恢复弹性变形部分。
(2)轧件的弹塑性弯曲 当轧件在矫直弯曲变形时,轧件中同时存在弹性变形 和塑性变形,因此为弹塑性弯曲变形。包括弹塑性弯曲变 形阶段和除去外负荷后的弹性恢复阶段。
原理:轧件在活动压头 和两个固定支点间,利 用一次反弯的方法进行 矫正。 应用:用来矫正大型钢 梁、钢轨和大直径(大 于φ200~300mm)钢管或 用作辊式矫直机的补充 矫直。 缺点:生产率低且操作 较繁重。 类型:有立式和卧式之 分。
2、辊式矫直机(板材 、带材、型钢用)
原理:轧件多次通过 交错排列的转动着的辊 子,利用多次反复弯曲 而得到矫正。 特点:生产率高且易于 实现机械化,在型钢车 间和板带车间获得广泛 应用。 类型:类型较多
又称阿氏辊系,用于矫直管、棒材,其长辊为驱动辊、 短辊为压弯辊
是阿氏辊系的演化,专用于管材的矫直
以辊形的凸凹变化实现对短圆材的矫直,还能矫直圆 材两端和压光圆材表面
典型的7辊辊系,在生产中大量使用,可以看作是两种 原始形态的阿氏辊系 (a)与(b)的综合
辊系中两端辊主要起压扁矫直和圆整作用,中间辊保证 较长的塑性弯曲区,可获得良好的表面质量和矫直质量。