矫直机[行业特制].ppt
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1、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。,1,行业材料,2,行业材料,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。
2、,8.1矫直机的类型,3,行业材料,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200300mm)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。,1、压力矫直机,4,行业材料,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,2、辊式矫直机(板材、带材、型钢用),5,行业材料,(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
3、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。,6,行业材料,(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
4、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。,3、管棒材矫直机,7,行业材料,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。,4、拉伸矫直机,8,行业材料,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
5、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。,5、拉伸弯曲矫直机,9,行业材料,矫直机,10,行业材料,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。,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,,11,行业材料,12,行业材料, 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
6、定律。,13,行业材料,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。 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。,14,行业材料,(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。,15,行业材料,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。,2、轧件
7、弹塑性弯曲过程中的曲率变化,(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。,16,行业材料,(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。,17,行业材料
8、,(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/rc1/r01/ (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/r0,则表示轧件已矫直。 (5)弹复曲率1/ :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: 1/ 1/ 1/r(3.2-1),18,行业材料,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
9、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。,二、轧件矫直基本原理,19,行业材料,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 。,20,行业材料,弯
10、曲轧件所需外加力矩为: 式中dF: 微分面积 用s表示z积分整理后: 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,21,行业材料,四、弹复曲率,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,式中: E:金属的弹性模数 J:金属的截面惯性矩,22,行业材料,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。,23,行业材料,8.3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
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