連續(xù)式拉伸彎曲矯直機選型與設計

連續(xù)式拉伸彎曲矯直機選型與設計

20世紀60年代，連續(xù)拉伸曲線矯正機出現(xiàn)，并迅速發(fā)展。它被廣泛應用于鋼帶、銅帶、鋁等薄帶材料的生產(chǎn)中。長期以來，中國學術(shù)界主要關(guān)于線性屈曲矯正機的原理和結(jié)構(gòu)的報道很多，但對沖直機的預測器、工藝參數(shù)的報道很少，技術(shù)參數(shù)是沖直機設計的重要前提。由于無法確定基本的工藝參數(shù)，因此將計算沖直機的合理安裝和設計。本文根據(jù)SMS技術(shù)以及在設計過程中的選取辦法和經(jīng)驗,就矯直機的工藝參數(shù)的確定給出確定的方法。帶材在冷軋加工過程中,由于輥型與輥縫的形狀、設備精度等原因,帶材會存在著諸如邊波浪、翹曲、瓢曲等板形缺陷,這些缺陷大致可分為以下幾種類型:①邊浪、②中浪、③1/4浪、④長度方向上卷曲、⑤鐮刀彎為了消除這些板形缺陷,通常采用下述方法:①拉伸矯直、②彎曲矯直、③拉伸彎曲矯直拉伸矯直通過向帶材施加超過其屈服極限的拉伸應力來矯直板形,由于該方法效率低,能耗大,矯直精度低,而且受到帶材材質(zhì)的限制,所以目前使用較少。彎曲矯直是通過多輥對帶材進行反復彎曲來改善板形。但該方法在帶鋼截面中性層上沒有延伸,所以這種方法對諸如中浪、邊浪等缺陷無法解決。另外由于矯直機結(jié)構(gòu)的限制,使得本矯直方法對于高強度鋼、薄帶材,尤其是極薄帶材等沒有效果。拉伸彎曲矯直對帶材進行拉伸和彎曲變形,通過彎曲應力和拉伸應力的疊加,使應力達到屈服極限,將帶材平直部分的纖維長度拉長,同時將波浪部分的纖維也拉長,彈性恢復后,帶鋼的纖維長度保持相同,因而帶材就變平直了,另外由于拉伸彎曲矯直機的原理與前兩種矯直原理不同,能耗小、效率高、精度高、矯直帶材范圍廣。它也是以上三種矯直方法中最有效的矯直方法。另外,拉伸彎曲矯直機還可應用于諸如酸洗機組中的破鱗(去除氧化鐵皮)。1標準噴丸機的尺寸決定拉伸彎曲矯直機矯直效果的因素有延伸率、彎曲曲率、矯直區(qū)張力等。本文就以上參數(shù),給出其確定方法。1.1成品用放直度拉伸彎曲矯直機不是說來對任意板形的材料絕對的矯直效果,它只是對板形有一種改善趨勢。矯直的效果實際就體現(xiàn)在板形的改善程度上。而拉伸彎曲矯直機的延伸率就是決定這一程度的主要參數(shù),反過來,一旦這個參數(shù)確定,也就限定了來料的材質(zhì)的最大板形缺陷與成品的平直度之間的關(guān)系,也就是說:工藝延伸率的大小完全是由來料的材質(zhì)和板形以及要求的成品平直度決定的。根據(jù)要矯直的帶材材質(zhì)和不平直度情況,即浪形和鐮刀彎的大小,計算給定矯平給定帶材所需的延伸率。矯平帶材所需要的延伸率包括以下幾個部分:1)為矯平帶材的浪形所需要的塑性延伸率εHεH[(HL*π2)2εΗ[(ΗL*π2)2式中H——波高,即把有浪形的帶材近似看作一個半波;L——波長。2)為矯平鐮刀彎所需要的塑性延伸率εSεS=b*2hl2100%εS=b*2hl2100%式中b——板寬;l——鐮刀彎長度(m)h——鐮刀彎的高度(m)。3)為了消除浪形和鐮刀彎,在拉伸時還需要加上0.1%至0.2%的過度拉伸ε04)還需要考慮帶材的彈性恢復量約0.02%(εT)所以矯平帶材所需要的總延伸率為:1.2拉伸和彎曲作用彎曲曲率ρ是帶材變形的一個重要參數(shù),拉伸彎曲矯直機是由拉伸和彎曲聯(lián)合作用使帶材產(chǎn)生延伸,彎曲曲率ρ將決定帶材的彎曲變形或彎曲應力,彎曲曲率ρ主要決定于彎曲輥的直徑d與被矯直的帶材厚度、材質(zhì)等。彎曲輥輥徑d有兩種確定方法12經(jīng)驗計算方法d=180hmin,其中hmin——最小帶材厚度2彎曲輥直徑的確定圖1為帶材與彎曲輥接觸狀態(tài)圖ρ——曲率半徑dφ——包角e0——應變h——帶厚c——從中性軸到應力等于屈服極限處的距離在彈性限度內(nèi),拉力與變形成正比,σ=E?e0σ/E=e0=h2/ρσ/E=h/2ρσ=E?e0σ/E=e0=h2/ρσ/E=h/2ρ令χ=ch/2的百分率?c=χ?h2σs=χ?h2ρ?E令χ=ch/2的百分率?c=χ?h2σs=χ?h2ρ?E在距中性軸的距離大于χ?h2χ?h2的地方,應力已經(jīng)達到σs,即使應變繼續(xù)增大,應力也幾乎保持不變,把σs=χ?h2ρ?Eσs=χ?h2ρ?E改變?yōu)?2ρ=χ·h·E/σs。由h遠小于ρ,近似用2ρ表示工作輥直徑是非常接近的。那么,彎曲輥直徑d=2ρ=χ·h·E/σs。矯直效果好時,帶厚的85%上產(chǎn)生的應力達到σs,低于σs的只占厚度的15%,所以按上式計算的數(shù)值為最小工作輥徑,還要根據(jù)所要矯直的帶材厚度范圍及支承輥結(jié)構(gòu)尺寸等諸因素進行調(diào)整,以選取適當?shù)臄?shù)值。1.3拉伸彎曲矯直機帶材板厚板薄板設計拉伸彎曲矯直機是由拉伸和彎曲聯(lián)合作用使帶材產(chǎn)生延伸。它與單純的拉伸矯直不同,不需要很高的張力,張應力取值范圍應在帶材屈服極限σs的(1/8～1/2)之間。板厚時,張應力取小值;板薄時,張應力取大值;軟態(tài)時取大值,硬態(tài)時取小值。一臺拉伸彎曲矯直機往往要矯直的帶材厚度范圍比在4～10倍(此數(shù)值與要求的板形精度和用途有關(guān))左右,設計時要進行對比計算,綜合選取一個合適的矯直區(qū)張力,然后根據(jù)鋼絲繩纏繞原理確定出張力輥的數(shù)量,最后根據(jù)張力分配計算出電機功率。矯直區(qū)張力ZV=b·h·σb——帶材寬度h——帶材厚度σ——帶材的張應力1.4矯直機延伸率計算彎曲輥輥徑d、矯直張力ZV與延伸率的關(guān)系:彎曲輥直徑d、矯直張力ZV確定后,那么矯直機的能力也就確定了。也就是說,在某種帶材規(guī)格一定的情況下,矯直機的最大延伸率也就確定了。彎曲輥直徑d確定后,可根據(jù)矯直理論計算出彎曲功率,再通過彎曲功率折算為張力ZB。帶材的屈服張力ZS=b·h·σS。得出這三個張力后,可計算出矯直機能產(chǎn)生的延伸率:上式計算的延伸率為矯直機實際具有的延伸率ε實,本文1.1部分計算的延伸率ε為矯直帶材所需的延伸率。ε實≥ε,矯直機可滿足實際需要,但ε實遠大于ε,那么矯直機能力就可能浪費,所以需要調(diào)整輥徑d及矯直張力。如果ε實≤ε,矯直機就不能滿足實際工作需要。另外,拉伸彎曲矯直機除了以上參數(shù)外,在結(jié)構(gòu)上還有彎曲輥輥距的確定,彎曲輥輥距要根據(jù)矯直機的用途和彎曲輥輥系的結(jié)構(gòu)以及輥系的重疊量等因素來確定。2矯直機的延伸率和張拉力的確定拉伸彎曲矯直機的矯直理論計算較為復雜,本文力圖表現(xiàn)的是選擇或設計一