连续式拉伸弯曲矫直机选型与设计

连续式拉伸弯曲矫直机选型与设计

20世纪60年代，连续拉伸曲线矫正机出现，并迅速发展。它被广泛应用于钢带、铜带、铝等薄带材料的生产中。长期以来，中国学术界主要关于线性屈曲矫正机的原理和结构的报道很多，但对冲直机的预测器、工艺参数的报道很少，技术参数是冲直机设计的重要前提。由于无法确定基本的工艺参数，因此将计算冲直机的合理安装和设计。本文根据SMS技术以及在设计过程中的选取办法和经验,就矫直机的工艺参数的确定给出确定的方法。带材在冷轧加工过程中,由于辊型与辊缝的形状、设备精度等原因,带材会存在着诸如边波浪、翘曲、瓢曲等板形缺陷,这些缺陷大致可分为以下几种类型:①边浪、②中浪、③1/4浪、④长度方向上卷曲、⑤镰刀弯为了消除这些板形缺陷,通常采用下述方法:①拉伸矫直、②弯曲矫直、③拉伸弯曲矫直拉伸矫直通过向带材施加超过其屈服极限的拉伸应力来矫直板形,由于该方法效率低,能耗大,矫直精度低,而且受到带材材质的限制,所以目前使用较少。弯曲矫直是通过多辊对带材进行反复弯曲来改善板形。但该方法在带钢截面中性层上没有延伸,所以这种方法对诸如中浪、边浪等缺陷无法解决。另外由于矫直机结构的限制,使得本矫直方法对于高强度钢、薄带材,尤其是极薄带材等没有效果。拉伸弯曲矫直对带材进行拉伸和弯曲变形,通过弯曲应力和拉伸应力的叠加,使应力达到屈服极限,将带材平直部分的纤维长度拉长,同时将波浪部分的纤维也拉长,弹性恢复后,带钢的纤维长度保持相同,因而带材就变平直了,另外由于拉伸弯曲矫直机的原理与前两种矫直原理不同,能耗小、效率高、精度高、矫直带材范围广。它也是以上三种矫直方法中最有效的矫直方法。另外,拉伸弯曲矫直机还可应用于诸如酸洗机组中的破鳞(去除氧化铁皮)。1标准喷丸机的尺寸决定拉伸弯曲矫直机矫直效果的因素有延伸率、弯曲曲率、矫直区张力等。本文就以上参数,给出其确定方法。1.1成品用放直度拉伸弯曲矫直机不是说来对任意板形的材料绝对的矫直效果,它只是对板形有一种改善趋势。矫直的效果实际就体现在板形的改善程度上。而拉伸弯曲矫直机的延伸率就是决定这一程度的主要参数,反过来,一旦这个参数确定,也就限定了来料的材质的最大板形缺陷与成品的平直度之间的关系,也就是说:工艺延伸率的大小完全是由来料的材质和板形以及要求的成品平直度决定的。根据要矫直的带材材质和不平直度情况,即浪形和镰刀弯的大小,计算给定矫平给定带材所需的延伸率。矫平带材所需要的延伸率包括以下几个部分:1)为矫平带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,即把有浪形的带材近似看作一个半波;L——波长。2)为矫平镰刀弯所需要的塑性延伸率εSεS=b*2hl2100%εS=b*2hl2100%式中b——板宽;l——镰刀弯长度(m)h——镰刀弯的高度(m)。3)为了消除浪形和镰刀弯,在拉伸时还需要加上0.1%至0.2%的过度拉伸ε04)还需要考虑带材的弹性恢复量约0.02%(εT)所以矫平带材所需要的总延伸率为:1.2拉伸和弯曲作用弯曲曲率ρ是带材变形的一个重要参数,拉伸弯曲矫直机是由拉伸和弯曲联合作用使带材产生延伸,弯曲曲率ρ将决定带材的弯曲变形或弯曲应力,弯曲曲率ρ主要决定于弯曲辊的直径d与被矫直的带材厚度、材质等。弯曲辊辊径d有两种确定方法12经验计算方法d=180hmin,其中hmin——最小带材厚度2弯曲辊直径的确定图1为带材与弯曲辊接触状态图ρ——曲率半径dφ——包角e0——应变h——带厚c——从中性轴到应力等于屈服极限处的距离在弹性限度内,拉力与变形成正比,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在距中性轴的距离大于χ⋅h2χ⋅h2的地方,应力已经达到σs,即使应变继续增大,应力也几乎保持不变,把σs=χ⋅h2ρ⋅Eσs=χ⋅h2ρ⋅E改变为:2ρ=χ·h·E/σs。由h远小于ρ,近似用2ρ表示工作辊直径是非常接近的。那么,弯曲辊直径d=2ρ=χ·h·E/σs。矫直效果好时,带厚的85%上产生的应力达到σs,低于σs的只占厚度的15%,所以按上式计算的数值为最小工作辊径,还要根据所要矫直的带材厚度范围及支承辊结构尺寸等诸因素进行调整,以选取适当的数值。1.3拉伸弯曲矫直机带材板厚板薄板设计拉伸弯曲矫直机是由拉伸和弯曲联合作用使带材产生延伸。它与单纯的拉伸矫直不同,不需要很高的张力,张应力取值范围应在带材屈服极限σs的(1/8～1/2)之间。板厚时,张应力取小值;板薄时,张应力取大值;软态时取大值,硬态时取小值。一台拉伸弯曲矫直机往往要矫直的带材厚度范围比在4～10倍(此数值与要求的板形精度和用途有关)左右,设计时要进行对比计算,综合选取一个合适的矫直区张力,然后根据钢丝绳缠绕原理确定出张力辊的数量,最后根据张力分配计算出电机功率。矫直区张力ZV=b·h·σb——带材宽度h——带材厚度σ——带材的张应力1.4矫直机延伸率计算弯曲辊辊径d、矫直张力ZV与延伸率的关系:弯曲辊直径d、矫直张力ZV确定后,那么矫直机的能力也就确定了。也就是说,在某种带材规格一定的情况下,矫直机的最大延伸率也就确定了。弯曲辊直径d确定后,可根据矫直理论计算出弯曲功率,再通过弯曲功率折算为张力ZB。带材的屈服张力ZS=b·h·σS。得出这三个张力后,可计算出矫直机能产生的延伸率:上式计算的延伸率为矫直机实际具有的延伸率ε实,本文1.1部分计算的延伸率ε为矫直带材所需的延伸率。ε实≥ε,矫直机可满足实际需要,但ε实远大于ε,那么矫直机能力就可能浪费,所以需要调整辊径d及矫直张力。如果ε实≤ε,矫直机就不能满足实际工作需要。另外,拉伸弯曲矫直机除了以上参数外,在结构上还有弯曲辊辊距的确定,弯曲辊辊距要根据矫直机的用途和弯曲辊辊系的结构以及辊系的重叠量等因素来确定。2矫直机的延伸率和张拉力的确定拉伸弯曲矫直机的矫直理论计算较为复杂,本文力图表现的是选择或设计一