矫直机的设计计算参考

1、 矫直机的设计

在板材的成型剪裁加工中，剪切下的余料尺寸大小不一，其中尺寸较宽者往往变形不太大，而且由于尺寸较大，故一般总是收起堆放以留作后用。而其中尺寸较小者，尤其是宽度在200ram 以下者，往往产生不同程度的弯曲、瓢曲、浪型及镰刀弯，没有专业设备将其矫平矫直(现有矫直机都是大型和中型尺寸的，最小矫直宽度在lO00rnm 以上)，大多作为废料处理，造成很大浪费。笔者诃查了这一生产现状，并应有关企业的要求设计了一种专门矫直矫平小尺寸边角余料的小型矫直机。投入使用后．这些余料又可作它用，减小了材料的大量浪费，为企业节省了开支，大大降低了生产成本。

1.1矫直原理分析

板材在辊式矫直机上的矫直过程，实质上是板材通过娇直辊时，产生弹塑性变形的过程，假设有原始曲率为01r 的板材通过如图1所示的三个矫直辊，，由于上排的矫辊的下压作用，使板材向其相反的方向弯曲，此时板材产生的曲率称为反弯曲率ρ1

．而板材离开矫辊后经弹性变形恢复后的曲率r

1 称为，残余曲率，显然，弹性恢复曲率(简称弹复曲率) y ρ1应为反弯曲率和残余曲率的代数差。1 1 1即y ρ1 =ρ

1 一01r (1)p r 由上式可见，要使原始曲率为

01r 的板村通过这三个矫直辊矫平(即使残余曲率01r =0 。)，必须使所选择的反弯曲率等于弹复曲率。即ρ1=y

ρ1 (2) 图1 板材在矫辊作用下的曲率变化

这就是板材矫直的基本原则。弹复曲率

y ρ1 与材尺寸、材质丑原始曲率有关。具有单值

原始曲率的板材，当由矫辊施加适量反弯曲率反向弯曲后，可以变得平直。这一反弯率

ρ1 对于矩型断面的板材可以由(3)式算出：ρ1=⎪⎭

⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-2032)11/(2212312ρεr h Ehh M s v (3) 式中^ v M 2—— 纯弹性弯曲力矩

E —— 材料弹性模量

b —— 板料宽度

h —— 板料厚度

s ε——板材的塑性应变 求出式中ρ

1的值，即为所需的反弯曲率。在上文所说的边角余料板材中，其形状缺陷大多具有多值原始曲率 一般对其先采用多辊矫直加压，使之产生交变弯曲变形，以消

琮其原始曲率的不均匀率，再逐渐矫平。板材上不同方向、不同数值的原始曲率，经过

同个反弯曲率舶弹塑性反弯后，其残余曲率有趋向一致的特性，形成单值残余曲率，进

而矫平．辊式矫直机就是利用这一原理矫平板村的

第二节 矫直机的结构设计

板材辊式娇直机的结构参数包括辊径D 、辊距t 、辊数 ，运动参数主要是矫直速度仉其

中最主要的参数是D 和t ，它们对板材的矫直质量有重要影响。

辊径D ，辊距 的选择矫直的基本条件是要使板村产生弹塑性弯曲变1形。对板材矫

直机．前面几个矫辊的反弯曲率ρ1 必须满足下列条件：ρ1>Eh s w

σρ21= (4)式中： w ρ1— 弹塑性弯曲的最小弹复曲率 s σ—— 材料的屈服报ρ与板材的材质、截面尺寸密

切相关。而ρ叉取决于辊径D 及辊距t ．而D 和t 之间是有一定的比倒关系的。

一般情况下扳材的b σ 越丈，板厚h 越薄．板材原始变形越太，都应选较小的D 和t 。

通常一台矫直机上要矫直一定厚度范围内的板材．当按最薄材厚度选择．D 和f 后 应按

被矫直的最大厚度的板材对娇辊进行强度校拔。当被矫正扳材的厚度为3～8mm(用户提

出的要求)时，根据有关标准初选D=125，t=120。

辊数n ．增加n 可增加反弯次数，提高矫正质量，但也会增加板材的加工硬化和矫直

的功率消耗，故其选择原则是在保证矫正的质量前提下，尽量减少n ，根据有关资料选

择n =9。辊身长度L 与扳材最大宽度有关．通常在被矫板材最丈宽度为200mm 时，再加

一适当余梧量。我们选L=300o 矫正速度v 主要由生产率决定．与板材厚度、温度(热态或

玲态)有关．我们根据文献1，选定矫正速度 =0．3m/s

第三节 矫直机的力能参数计算

作用在矫正辊上的压力

处于矫正状态下的扳材可以看成是受很多集中载荷(矫辊对板材的压力)作用柏连续

粱．如图2所示。按图2所示，作用在各辊上的力可根据被矫件断面的平衡条件求出：

212M t

p = 3222(2M M t

p +=) 43232(2M M M t

p ++=) )2(211+-++=t t t t M M M t

p 12-=n n M t p 作用在上、下排娇辊上的压力总和为

∑∑∑--=++++==1

13218)...(8m z z n i m

i M t M M M M t p p

根据生产实际条件作出有关假设后．可算出作

用在上、下排矫辊上的压力总和为：

)2)((41-+=

=∑∑n M M t p P s m i ω 式中 s M —— 塑性弯曲力矩

ωM ——屈鼹力矩

作用在矫辊上的矫正扭矩

矫辊上扭矩k M 可按功能原理来确定．即扳材弯曲变形所做的功p A 应该和矫正辊在矫正扭距作用下使板材前进所用的功k A 相同。设在第i 辊压力作用下，单位长度扳材的弯

曲变形总曲率为c r 1．板村的力矩方程M=)1(r f ,则其弯曲变形功为：)1(10r d M a r i i ⎰=如图3所示，曲线包培的总面积是弹塑性弯曲变形功，A 区是弹性度变形功，C 区是弹复功。

根据纯弯曲假设，板材通过矫辊受到弯曲时，沿板村长度各断面上的弯曲力矩值的大小只与曲率有关，而与板材长度无关 对计算进行简化后，矫正力矩可由下式得出：)211(21t

t y t t t k k r r M D M ργ++=-式中γk —— 弹复功系数t y ρ—— 弹复区曲率 总矫正扭矩即为各辊矫正扭矩之和：∑=t k M M γ

矫正功率确定

矫辊的矫正功率可由11式计算：N=[η

μ12)2(D V d f p M k ∑-+式中f 一矫辊与板材的滚动摩擦系数μ—矫辊轴承的摩擦系数 d —矫辊轴颈直径η—传动效率其余符号意义同前。