二輥矯直機軋件彎曲時的彎曲力矩計算

二輥矯直機軋件彎曲時的彎曲力矩計算

1采用短折矯直機以直管、桿為直線的彎曲是指桿的直桿在螺旋方向上的各個方面都受到多次彈性折疊和變形，最后消除各方向的彎曲和橢圓。為了提高圓斷面合金鋼材的軋后矯直質量,國外開發(fā)了一種新型的矯直機,即斜輥凸凹式兩輥矯直機(如圖1所示)。相對一定的矯直條件和矯直精度要求,存在著最少彎曲次數(shù)允許值,雖然增加彎曲次數(shù)可提高矯直精度,但機體的尺寸、重量、加工、維護及能耗等都相應有所增加,因此有必要確定矯直軋件所需的最佳彎曲次數(shù)。為了獲得穩(wěn)定的矯直效果,還必須調整矯直輥傾角。2彈塑性彎曲變形驗算這里所謂理想狀態(tài),是假設對具有±1/r0~0的原始曲率的軋件采用小變形矯直方案,且相鄰彎曲單元的反彎曲率無聯(lián)系地矯直狀態(tài)。矯直過程中,板材產生彈塑性彎曲變形力矩與曲率間的關系式為式中,M為軋件彈塑性彎曲力矩;Mt為彈性彎曲力矩極限值;1/pt為彈性彎曲曲率極限值;1/pi為反彎曲曲率值;1/ri-1為殘余曲率值。為了計算方便,軋件的彈塑性彎曲變形力矩可由相對曲率表示為式中,1/pf為軋件彈復曲率值;J為軋件慣性矩;Kif為軋件相對彈復曲率值。若要使原始曲率為1/ri-1殘余曲率值的軋件一次得到矯直,必須使反彎曲率與彈復曲率相等,即1/pi=1/pf可得經整理得式中,A、B、C、D為系數(shù)。式(5)為單值原始曲率一次矯直時所需相對反彎曲率的三次方程式,直接求解比較困難,因此可由式(4)采用迭代法求解。相對于一種反彎曲率只能矯直一種原始曲率,但原始曲率是不均的,是多值的,其他不能被矯直的相對原始曲率Kr(i-1),所得到相對殘余曲率K(i)的計算步驟如下:根據當次的最大原始曲率利用式(4)計算所需相對反彎曲率為Kp(i);利用式(2)計算對應的彈塑性彎矩Mi,然后利用式(3)計算得對應相對彈復曲率Krf;最終求得相對殘余曲率的表達式為在相對反彎曲率相同的條件下,單向彎曲軋件平直部分,即相對原始曲率Kr(i-1)=0時,相對殘余曲率取得最大值,由式(6)得在工程實際中,當Kr(i)max值等于或小于允許相對曲率值[K]時,即則被認為滿足矯直精度要求,稱為矯直。3矯直機輥形參數(shù)的確定二輥矯直機的兩輥由互成一斜角的凸輥和凹輥組成,管、棒位于二者輥縫之中,兩輥同向旋轉,在摩擦力的帶動下,圓材一面旋轉一面前進,其前進時速度為式中,Do為輥子平均直徑(mm);n0為輥子的轉速(r/min);α為輥子軸線與圓材軸線斜角。圓材旋轉一周前進的距離式中,d為圓材的直徑(mm)。整個矯直過程中圓材共經N=2L/P次反彎(L為輥縫長度)。由上述的分析可知,圓材的矯直過程是一個多次彎曲的過程,彎曲曲率1/pi決定于輥縫曲率f(xi),反彎次數(shù)N決定于輥長和節(jié)距,為分析彎曲中的曲率變化,以圓棒為例討論其彎曲與回彈關系。要想消除空矯區(qū),必須采用反彎輥形,所以二輥矯直機的反彎曲率半徑是決定矯直質量的關鍵。從矯直過程的分析可以看到,在輥子中央處所用的最大反彎曲率比為K1。它代表軋件在輥子中央段所應達到的反彎程度。若已知軋件的彈性模量E、彈性極限強度σt及直徑d,首先可算出其彈性極限曲率半徑ρt=Ed/2σt,然后算出其反彎曲率半徑。這樣的反彎程度可以使軋件得到基本一致的殘留彎曲,進而再走完輥子中央段時可得到第一次的矯直,并在走到輥端處得到第二次、第三次矯直,三次矯直所用的反彎曲率都是算出的結果。按細圓材計算反彎曲率所用的曲率比并非固定不變的。如K1=3~5都可認為是大變形壓彎。K1值越大,統(tǒng)一殘留彎曲的速度越快。圖2為二輥矯直過程與曲率變化,但在加工范圍增大時不減小K1值,粗棒材的彎曲必然過大。而適當減小K1值之后,由于輥長是用粗圓材的螺旋導程計算的,必然在矯直細圓材時增加它在輥縫中的旋轉周數(shù),結果同樣可以達到統(tǒng)一殘留彎曲的目的,以便在下一段輥縫達到矯直的目的。因此,推薦矯直范圍為dmax·dmin=1~2的采用3≤K1≤5;矯直范圍為dmax·dmin=1~3的采用3≤K1≤4;矯直范圍為dmax·dmin=1~4的采用3≤K1≤3.5。普通斜輥矯直機輥形設計需按最粗圓材及最大斜角進行計算。軋件越細斜角越小才能達到良好接觸和軋件穩(wěn)定的矯直效果。結果它們的矯直速度將形成粗者快細者慢的反差后果。雖然可以采用調速方法來彌補這一缺點,但必將造成細圓材的轉速過高而導致嚴重的甩擺和噪音。此外在輥縫內沒有矯直能力不能實現(xiàn)全長矯直,更是普通斜輥矯直機的致命弱點。二輥矯直機的輥形的斜角正好與普通輥形相反,設計時以細圓材大斜角為依據,工作時則根據軋件直徑的增大而適當減小斜角。當細圓材所用斜角α≤25°時,工件直徑增大1倍所用的α可減小2°~5°,工件增大2倍所用的α可減小3°~7°,工件增大3倍所用的α可減小4°~10°這些數(shù)據只作參考,它們之間沒有確切的比例關系,只能在實際調整中靈活掌握。二輥矯直機輥形斜角調整的主要依據是凸輥輥形要保證與軋件的反彎相一致或接近。而凹輥輥形則不必與軋件的彎曲相吻合,它將隨著直徑的增加而向輥端減小接觸長度,并增大中央的懸空空隙。當接觸長度減小到軋件表面被壓出印痕時,則不允許再擴大直徑范圍。當然機器的強度也必須同時予以考慮。對于任一矯直輥輥形,都是根據滿足強度和剛度要求所確定的初始設計值一定的條件下,按矯直輥與圓材理想接觸的情況給出的,從二輥矯直機輥形參數(shù)方程可知道,任意位置的矯直輥半徑R與α有關,即可以寫成Ri=F(Zi,R0,r0,α),公式可以簡寫成R=F(z)的函數(shù)形式,當R為定值時,也就是根據強度和剛度條件設計輥形曲線后,要矯直半徑為r2的圓材,應滿足新的函數(shù)式Ri=F(Zi,R0,r0,α)?？梢赃m當減小初始設計時的調整角,以此達到矯直半徑為r2的圓材。根據彈性接觸理論,矯直輥與圓材的彈性壓扁所產生的相對接近量可用下式表示式中,ρ為總壓力;L為接觸線總長。所以,當被矯圓材的半徑為r2時,調整調整角α使矯直輥輥形的半徑誤差小于相對接近量蓀D,就可以求出任意調整角α時的接觸線的長度,隨著調整角α的調整與改變,當接觸線的長度為最大時,就是被矯圓材的半徑為r2時的最佳調整角α。在求解矯直半徑為r2的圓材的最佳調整角時,可建立如下方程采用迭代法,能求出Zi為最大時的最佳調整角α2用上式編制的程序并在計算機上運行,就可以求出矯直圓材半徑為r2時的最佳調整角α2及此時的最佳接觸線的長度。利用給定條件棒材直徑為8~20mm,調整角α=15°~20°,σs=400N/mm2,當σs=500N/mm2和σs=600N/mm2時計算矯直不同直徑所需的調整角如表1所示。通過程序計算矯直非基準的圓材所需的調整角,應用大型有限元分析軟件對非基準圓材進行矯直模擬,可以得到非常好的效果,在操作過程中,當圓材半徑變化時就可以運用上述程序進行計算得到所需的調整角,使圓材與矯直輥的接觸狀態(tài)達到最佳,提高矯直效果,有效的改善矯直質量。4直機矯直精度確定方法在充分考慮二輥矯直機生產工藝特點的基礎上,從矯直基本原理入手通過研究矯直機的設