拉伸彎曲矯直機(jī)原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用_論文

1、 拉伸彎曲矯直機(jī)原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用 【摘 要】拉伸彎曲矯直機(jī)是近代發(fā)展起來的一種新型矯直設(shè)備，它綜合了輥式矯直機(jī)和拉伸矯直機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。拉伸彎曲矯直機(jī)由矯直機(jī)工作機(jī)座、彎曲輥組、矯直輥組、張力輥組等結(jié)構(gòu)組成。它能消除帶材的瓢曲、邊緣浪形和鐮刀彎等三元形狀缺陷?，F(xiàn)場(chǎng)安裝使用拉矯機(jī)之后，帶材的平直度由原來的15I提高到4I，板形質(zhì)量得到了明顯改善。 【關(guān)鍵詞】拉拉伸彎曲矯直機(jī) 張力 延伸率 1前言 拉伸彎曲矯直機(jī)組（簡(jiǎn)稱“拉矯機(jī)”）是為適應(yīng)帶材高要求的平直度需要發(fā)展起來的一種新型矯直設(shè)備，它綜合了輥式矯直機(jī)和拉伸矯直機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，它的工作特點(diǎn)是在張力輥拉伸和彎曲輥連續(xù)交替反復(fù)彎曲的聯(lián)合作用下使帶材產(chǎn)生塑性延

2、伸而獲得板帶矯直，它能消除帶材的瓢曲、邊緣浪形和鐮刀彎等三元形狀缺陷，明顯提高了板形質(zhì)量。 2拉矯機(jī)原理 輥式矯直的原理 板材在輥式矯直機(jī)上矯直時(shí)，板材是在矯直輥的壓力作用下發(fā)生純彎曲彈塑性變形，其中性層即零應(yīng)力軸線仍然是矩形截面的幾何軸線。 張力矯直的原理 帶材在連續(xù)張力機(jī)上矯直時(shí)，在張力輥的張力作用下，橫截面產(chǎn)生均勻的拉伸應(yīng)力，而獲得均勻的塑性伸長(zhǎng)。 拉伸彎曲矯直的原理 連續(xù)拉伸彎曲矯直機(jī)綜合了連續(xù)張力矯直機(jī)與輥式矯直機(jī)的特點(diǎn)，其是在張力輥的拉伸和彎曲輥連續(xù)交替反復(fù)彎曲的聯(lián)合作用下使帶材產(chǎn)生塑性延伸而獲得矯直的工藝過程。矯直過程是使處于張力作用下的帶材，經(jīng)過彎曲輥劇烈彎曲時(shí)，帶材由于彎曲應(yīng)

3、力和拉伸應(yīng)力的聯(lián)合作用產(chǎn)生彈塑性延伸變形，從而使三元形狀缺陷得以消除，隨后再經(jīng)矯直輥將殘余曲率矯平。 彎曲輥的作用使得帶鋼單面受到塑性延伸變形，并且造成整個(gè)橫截面上的應(yīng)力不均，根據(jù)這種變形原理，帶張力的帶鋼至少要通過兩個(gè)彎曲輥，進(jìn)行整個(gè)板面均勻的延伸，再經(jīng)過一個(gè)矯直輥，對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行重新分布均衡。為了適應(yīng)不同厚度帶鋼的矯直需要，要設(shè)置兩組彎曲-矯直輥。 3拉矯機(jī)的結(jié)構(gòu) 拉矯機(jī)由張力輥組與拉伸彎曲機(jī)座組成，據(jù)不同的工藝要求和現(xiàn)場(chǎng)條件，這兩組有多種形式。 拉伸彎曲機(jī)座 拉彎矯直機(jī)座使帶材產(chǎn)生拉伸彎曲變形，由彎曲輥單元與矯直輥單元組成，彎曲輥由兩個(gè)或多個(gè)小直徑的彎曲輥，它使帶材在張力作用下，經(jīng)過劇烈

4、的反復(fù)彎曲變形，導(dǎo)致帶材產(chǎn)生塑性延伸，以達(dá)到工藝要求的延伸率。 彎曲輥機(jī)座的結(jié)構(gòu)，要據(jù)工藝要求進(jìn)行合理確定結(jié)構(gòu)形式，工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)滿足工藝要求使用性能，應(yīng)用方便合理，設(shè)備制造工藝能達(dá)到設(shè)備要求性能。 彎曲輥單元 彎曲輥的作用：彎曲輥用做產(chǎn)生彎曲應(yīng)力并在拉伸應(yīng)力的聯(lián)合作用下產(chǎn)生彈塑性延伸，實(shí)現(xiàn)鋼帶的塑性延伸，因?yàn)閺澢伒膹澢鷳?yīng)力在帶鋼的橫截面上呈方向性，在單側(cè)實(shí)現(xiàn)的塑性延伸，為達(dá)到兩側(cè)的變形均勻，必須采用方向相反的兩個(gè)彎曲輥，彎曲輥用以實(shí)現(xiàn)帶鋼的塑性延伸，消除帶材的三元缺陷。 彎曲輥的型式很多，根據(jù)需要選擇各種彎曲輥結(jié)構(gòu)組成形式，以達(dá)到校正不同種類帶鋼的目的。 彎曲輥結(jié)構(gòu) 彎曲輥組成類型：多支撐輥

5、系型、V型浮動(dòng)輥型、Y型浮動(dòng)輥型等結(jié)構(gòu)形式組成，一般的根據(jù)帶鋼的厚度進(jìn)行結(jié)構(gòu)形式的選擇，矯直一般薄帶鋼時(shí)選用多支撐輥系型，并根據(jù)校平帶鋼厚度范圍要求，選擇單彎或雙彎結(jié)構(gòu)。矯平高強(qiáng)度帶材或極薄帶材時(shí)，選用V型浮動(dòng)輥型或Y型浮動(dòng)輥型的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)于AKC 鋼經(jīng)過二次冷軋后在冷硬狀態(tài)下進(jìn)行矯直，b560MPa，s530MPa，對(duì)于因瓦合金則屈服極限更高，選用浮動(dòng)輥型。 彎曲輥的布置形式：多排彎曲輥形式， 多排彎曲輥形式彎曲輥直徑較大，通常用于矯直屈服極限較低的帶材，如s300350MPa。根據(jù)帶材要求厚度范圍，選用單彎或雙彎成對(duì)布置形式， 彎曲輥的調(diào)整結(jié)構(gòu)：彎曲輥調(diào)整壓下深度，以調(diào)整彎曲輥上的包角，

6、實(shí)現(xiàn)延伸率的控制。 彎曲輥的調(diào)整結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理、功能實(shí)現(xiàn)、性能特點(diǎn)要適應(yīng)于工藝要求，能便利實(shí)現(xiàn)工藝性能，達(dá)到功能實(shí)現(xiàn)保證質(zhì)量需要。 彎曲輥機(jī)座的自動(dòng)傾斜控制，整個(gè)機(jī)座可傾斜10。以此改變帶鋼的出口角度，實(shí)現(xiàn)拉伸量調(diào)節(jié)并消除橫向彎曲。 出口順導(dǎo)輥 順導(dǎo)輥直徑大約為200mm 彎曲輥工藝技術(shù)參數(shù) 彎曲輥直徑：彎曲輥直徑，與帶材厚度及帶材的屈伏限有關(guān)，采用小直徑彎曲輥時(shí)，不僅矯正效果好，而且還能相應(yīng)的減小帶材單位張力。但輥?zhàn)又睆竭^小，將使輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速增加，輥?zhàn)幽p加大而降低使用壽命；相應(yīng)的剛性減小，降低矯正質(zhì)量，應(yīng)有提高剛性的措施。 資料表明：a型式彎曲輥推薦彎曲輥?zhàn)钚≈睆綖?0mm，帶材厚度

7、增加時(shí)輥?zhàn)又睆较鄳?yīng)增加。浮動(dòng)輥形式多用于矯正極薄的高強(qiáng)度帶材，因帶材的彎曲半徑和輥?zhàn)影霃较嘟?，減小輥?zhàn)又睆綄?duì)矯正質(zhì)量影響很大，其直徑最小可達(dá)620mm,帶材越薄，材料屈服極限越高，則輥徑應(yīng)該越小。屈服極限對(duì)彎曲輥直徑選擇的影響：材料屈服極限越高，則輥徑應(yīng)越小。 矯直輥單元 矯直輥的作用：矯直輥用以完成彎曲校正帶材上的殘余應(yīng)力，使應(yīng)力分布均勻，改善帶材上的應(yīng)力分布結(jié)構(gòu)，在帶材橫截面上平衡對(duì)稱（沿縱向及橫向）。 矯直輥由一個(gè)或幾個(gè)矯直輥組成，用以將劇烈彎曲后的帶材矯平。 矯直輥的形式有多種，有的采用大輥矯直，有的主張采用小輥矯直，有的布置為輥式矯直機(jī)的方式，有的布置為彎曲輥方式等，根據(jù)現(xiàn)有的研究表

8、明：歐美多采用大輥方式，而德國(guó)希望為小輥模式，在這些理論研究中國(guó)內(nèi)接觸很少，對(duì)矯直輥的作用機(jī)理還沒有深入的了解和認(rèn)識(shí)。最終板形的質(zhì)量影響是看矯直的效果，即是最終在鋼板上的應(yīng)力分布。 矯直輥將彎曲輥劇烈彎曲矯直的帶材上的殘余應(yīng)力在張力拉伸和小包角的聯(lián)合作用下消除。矯直輥上的包角較小在整個(gè)帶材斷面上有相同的延伸，以便將帶材上的微小殘余應(yīng)力消除保證帶材具有高度的平直度。 矯直輥系有相應(yīng)的順導(dǎo)輥、矯直輥組、出口導(dǎo)向輥等。 張力輥組 張力輥組一般由入口和出口呈S形分布的張力輥組成，作用是使帶材產(chǎn)生一定的張力，后張力輥組的線速度高于前張力輥組，帶鋼的張力是由線速度差產(chǎn)生的。入口張力輥的作用是提高入口段張力

9、，使帶鋼達(dá)到拉伸所需的拉伸力；出口張力輥的作用是使帶鋼張力降低到輸出值。 張力輥的數(shù)目及布置形式?jīng)Q定于帶材拉彎所需的最大拉伸力和工藝現(xiàn)場(chǎng)條件。 張力輥的直徑 確定張力輥直徑的原則是帶材在張力輥上應(yīng)保持彈性變形，主要據(jù)不同帶厚條件進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算確定。 張力輥直徑計(jì)算公式為D=hE/s h帶材厚度， E帶材彈性模量， s帶材屈伏限。 此公式計(jì)算出張力輥直徑往往過大，實(shí)際選定張力輥直徑時(shí)允許帶材在輥?zhàn)佑猩倭康膹椝苄詮澢冃危话爿亸皆?001500mm范圍內(nèi)，據(jù)帶材不同厚度合理選用。 張力輥的數(shù)量 張力輥的數(shù)量主要取決于矯直帶材時(shí)所需的張力值，張力輥依靠輥面與帶材的摩擦力傳遞張力，所傳遞的張力值與輥

10、面摩擦系數(shù)及帶材對(duì)張力輥的包角有關(guān)。 張力計(jì)算公式有T2=T1ef f帶材與輥面的摩擦系數(shù)， 帶材在輥上包角總和，為弧度值，取實(shí)際包角， e自然對(duì)數(shù)的底e。 實(shí)際使用的是由于金屬?gòu)椥宰冃螌?shí)際包角小于理論包角，理論包角乘以換算成實(shí)際包角。一般理論計(jì)算包角為450時(shí)，實(shí)際包角為（）360405，則弧度值。對(duì)于鋼輥?zhàn)优c帶鋼的摩擦系數(shù)f取，對(duì)于包膠輥f取，當(dāng)表面橡膠磨光后，摩擦系數(shù)f應(yīng)比原有數(shù)值降低50左右。 經(jīng)驗(yàn)選取摩擦系數(shù)的取值，進(jìn)行擴(kuò)大系數(shù)的計(jì)算。 摩擦張力輥的張力由入口張力和出口張力組成，張力是由帶鋼與輥?zhàn)娱g的摩擦力形成的，出入口之間的張力關(guān)系為張力擴(kuò)大系數(shù)ef,從上式看張力差只與摩擦系數(shù)f、

11、實(shí)際包角有關(guān)，但是擴(kuò)大系數(shù)的實(shí)現(xiàn)要靠張力輥電機(jī)提供出相應(yīng)的傳動(dòng)力矩，傳動(dòng)力矩過小實(shí)現(xiàn)不了這個(gè)擴(kuò)大系數(shù)，傳動(dòng)力矩過大則產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。張力輥外端的小張力由此張力輥系統(tǒng)外的張力設(shè)備提供；必須由此外加張力實(shí)現(xiàn)在張力輥上的壓應(yīng)力來產(chǎn)生摩擦力，這個(gè)外張力增大張力輥提供的張力也相應(yīng)增大，此外壓應(yīng)力應(yīng)在運(yùn)行時(shí)保持穩(wěn)定。 電動(dòng)機(jī)的力矩M=2T2(ef-1)/D (電動(dòng)機(jī)狀態(tài)T1T2)張力輥擴(kuò)大張力為T2(ef-1)，電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算為： N=Mn/(9550) M張力輥上傳動(dòng)力矩,Nm； n張力輥的轉(zhuǎn)速r/min； 張力輥上的傳動(dòng)效率（包括電機(jī)效率），取。 張力輥的布置形式 張力輥的布置形式有多種，工藝要求使得

12、工藝設(shè)備選型不一，則工藝設(shè)備布置位置也不一致，工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)及張力輥的布置形式也會(huì)不一樣。一般有兩輥式和四輥式。 4.拉矯機(jī)在實(shí)際中的應(yīng)用 1700mm拉伸彎曲矯直機(jī)組為例。 拉矯機(jī)的參數(shù) 拉矯機(jī)基本工藝參數(shù) 工藝速度：Max220m/min；穿帶速度：30m/min；機(jī)組設(shè)計(jì)延伸率：；開卷張力：20kN； 卷取張力：40kN；拉矯段張力：210kN； 機(jī)組長(zhǎng)度：40m；機(jī)組標(biāo)高：900mm；機(jī)組產(chǎn)量：30萬噸/年； 矯直鋼帶規(guī)格：8001580mm。 延伸率工藝控制要求 延伸率控制對(duì)拉伸彎曲矯直機(jī)矯正板形有很大影響，帶材延伸率的變化范圍一般在3。通常的帶材材質(zhì)為普通碳鋼，延伸率一般選取在范圍內(nèi)

13、。 應(yīng)用效果和存在的問題 拉矯機(jī)組未投產(chǎn)之前，曾經(jīng)因?yàn)閹Р拇嬖诶诵?、瓢曲等缺陷而造成產(chǎn)品質(zhì)量降級(jí)，影響正常銷售。 拉矯機(jī)投入使用之后，通過設(shè)定合理的延伸率和彎曲輥的壓下量及出入口張力，帶材的邊浪和中間浪得到了明顯矯直平整?，F(xiàn)以1150mm SPCC鋼帶為例，對(duì)拉矯機(jī)的使用效果做一說明。 生產(chǎn)1150mm SPCC鋼帶，設(shè)定延伸率為%，第一彎曲輥壓下深度為，第二彎曲輥壓下深度為，矯直輥的壓下深度為和，入口張力設(shè)定為，出口張力設(shè)定為。生產(chǎn)中根據(jù)出口帶材的平直度對(duì)矯直機(jī)的壓下量進(jìn)行微調(diào)整，使帶材的平直度達(dá)到最佳。使用拉矯機(jī)前后帶材的平直度對(duì)比情況如圖1所示： 由圖1可以看出，使用拉矯機(jī)之后，帶材的平直度得到了明顯改善，浪形由原來的15I降低到4I。 對(duì)較薄規(guī)格的帶材，拉矯機(jī)的使用效果會(huì)更加明顯。但是，拉矯機(jī)對(duì)于退火料的拉伸矯直，板形的平直度雖然得到改善，但板形表面易出現(xiàn)拉矯紋，在延伸率大于時(shí)拉矯紋會(huì)更加明顯。因此