九輥工模具鋼板矯直機的開發

2014-03-20 07:42:39魏朝盛1周文浩趙西韓王仕杰

中國設備工程 2014年12期

魏朝盛1 周文浩趙西韓馬強劉磊王仕杰

（1.東北特鋼大連特殊鋼集團有限責任公司，遼寧大連 1161051；

2.中國重型機械研究院股份公司，陜西西安 710032）

九輥工模具鋼板矯直機的開發

魏朝盛1周文浩2趙西韓2馬強2劉磊2王仕杰2

（1.東北特鋼大連特殊鋼集團有限責任公司，遼寧大連 1161051；

2.中國重型機械研究院股份公司，陜西西安 710032）

從中厚板矯直原理出發，對九輥工模具鋼板材矯直機的矯直參數進行詳細計算，并據此開發了新型工模具鋼板材矯直機，使矯直質量和速度得到了顯著提高。

矯直；工模具鋼；中厚板

工模具被譽為“現代工業之母”，而工模具鋼是模具材料中應用最為廣泛的材料，其品種、規格、質量對工模具的性能、使用壽命和制造周期起著決定性的作用。

工模具鋼板在軋制過程中形成大量內應力，在退火冷卻時往往會發生彎曲變形，直接影響板材的表面質量和使用性能。因此，亟需開發一種新型矯直機，對工模具鋼板材的彎曲進行矯直。

一、矯直力的計算

中厚板矯直機多采用平行輥矯直方案。經過3次壓彎變形后，板材的直線度基本上達到了使用要求。為了進一步提高矯直精度，本矯直機采用上4下5的方案，矯直輥上方布置有支承輥，輥系布置及板材受力如圖1、2所示。

設鋼板彈曲比為ζ，工模具鋼板材的主要技術參數如下：

最大寬度：b=850mm；

最大厚度：h=50mm；

最大屈服強度：

σs=950MPa；

中心距：l=420mm；

矯直輥軸承內徑：d=0.28m；

軸的許用剪應力：

τ=450MPa；

鋼板發生彈塑性變形時的彎矩：

Mt=(bh2/6)σs

當矯直力最大時，其塑性極限彎矩比M/Mt=(1.5-0.5)ζ2。

圖1 矯直機輥系布置示意圖

圖2 板材受力示意圖

因此當板材發生全塑性變形時所需要的最大彎矩為1.5Mt，在本方案中，由于4、6輥的反彎量相同，按照板材矯直反彎量依次遞減的方案，將所有彎矩按照以下進行賦值：

M2=M3=1.5Mt

M4=M5=M6=1.3Mt

M7=M8=1.1Mt

鋼板受力模型為簡支梁，可以計算出：

從上面計算結果可以看出，矯直輥3所受到的矯直力最大。由于結構限制，矯直輥2無法設置支承輥，因此必須對其進行強度校核。矯直輥的薄弱環節在軸肩，當矯直力最大時，其彎矩為：

其中，W為軸的抗彎截面模量，可用公式來計算：

由于矯直輥裝配采用的是簡支機構，因此矯直輥扭矩T：=(f+μd/2)F

其中f為工件與輥面的摩擦系數，μ為軸承的摩擦系數。這兩個系數應當按照實際工作情況進行選取。

二、矯直機整體結構設計

矯直機整體采用經典的3梁4柱結構，上面4個矯直輥采用整體壓下的方案，實現矯直輥與支撐輥的同步調整。采用這種結構時，壓下機構采用4個絲桿同步壓下，所有矯直力由這4個絲桿同時承擔。

1.整機組特點

（1）采用獨立的支撐輥系，有效地提高了矯直輥的整體強度；工作輥整體裝配，換輥系統可快速整體更換。平衡結構采用液壓平衡活動梁裝置，可充分消除壓下絲母與絲杠、絲桿與活動梁之間的間隙，消除矯直過程中的彈跳沖擊，確保了輥縫調整的精確度及矯直精度。

（2）3梁4柱式的整體預應力機架保證了機架的整體強度和剛性，為提高矯直精度提供了可靠保證。

（3）主傳動采用交流電機無級調速，操作臺直接設定，適合矯直工藝需要。機組全線自動控制，節奏明快緊湊。

（4）獨特的計算機調整監控系統，使設備的調整及使用更加方便，提供了一體化的人機交互系統。

（5）液壓負荷恒壓矯直機技術的采用，完全保護了機械設備，起到了緩沖保壓的作用。

2.上料機構

上料機構如圖3所示。矯直機上料機構采用獨特的懸臂送料機構。上料電機采用雙輸出軸機構，通過聯軸器、齒輪齒條機構帶動懸臂吊實現同時送進。懸臂吊到達料框上方后，液壓缸帶動電磁鐵升降從而將鋼坯吊起，上料架回縮到輥道上方，然后液壓缸再向下移動將鋼坯平穩送到輥道上。這種機構避免了吊運過程中鋼坯對輥道的沖擊，極大延長了輥道的使用壽命。

圖3 上料機構

3.主機部分

矯直機主機主要由機架裝配、壓下機構、活動橫梁、工作輥裝配、支承輥裝配、平衡機構、換輥工具等組成。圖4為示意圖。

壓下機構安裝在活動橫梁上方，通過減速電機帶動4個壓下絲桿同步轉動，從而使得活動橫梁沿機架的滑板上下移動。壓下裝置中裝有液壓平衡機構來平衡上輥系及活動橫梁的全部重量，同時消除壓下螺桿和螺母間的間隙，以消除矯直機工作時矯直力對設備的沖擊。

圖4 矯直機主機

上下工作輥交錯排列布置。上工作輥軸承座固定在活動梁上。下工作輥的軸承座固定在機架窗口的底面上。工作輥材料采用60CrMoV，淬火后表面硬度為HRC58～62。上工作輥的工作行程通過高精度的光電編碼器和指針盤雙重顯示，其精度為±0.1mm。前后輥分別裝在工作輥的兩側，可以單獨調整輥縫，也能與上下工作輥一起隨著活動橫梁整體調整。

為了增加工作輥的剛性，上下工作輥各設置了1排支承輥，它們與工作輥成對布置。為了調整支承輥與工作輥之間的間隙，每排支承輥的軸承底部設有獨立的調整機構，可手動調整支承輥的上下位置，使其與工作輥保持良好接觸。支承輥材料采用60CrMoV，淬火后表面硬度為HRC55～60。

矯直機的活動橫梁上方設置有4個液壓負荷缸（柱塞缸），在矯直過程中起到恒壓矯直、快速卸荷及過載保護的作用。

為便于操作工人掌握設備調整量，矯直機前方設置有LED顯示屏。各矯直輥的開口度、液壓系統的工作壓力及總的矯直力都通過該屏顯示。

4.下料機構

鋼板矯直完成之后，由送料輥道將鋼板送到垛板臺架上方，推鋼機構由液壓缸推動，將鋼板推到垛板臺架上方。垛板臺架通過3臺螺旋升降機帶動實現同步升降，從而實現不同規格鋼坯的軟收集。下料機構如圖5所示。