二輥滾光矯直機結構分析及力學模型建立

趙婧博　鐘 威（北方重工集團有限公司壓延設備分公司，遼寧　沈陽　110141）

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二輥滾光矯直機結構分析及力學模型建立

趙婧博鐘 威
（北方重工集團有限公司壓延設備分公司，遼寧沈陽110141）

摘要：經濟的快速發展促進了民眾對于棒材的需求,同時為加快工作效率,對于棒材的加工精度也提出了更高的要求。本文將在分析矯直機工作原理的基礎上對如何做好二輥滾光矯直機進行分析闡述。

關鍵詞：二輥滾光矯直機；結構特點；設計要點

在傳統的矯直機工作過程中多采用的是人工觀測的方式來控制管材等的壓彎量，既效率低而且精度也不高，通常都將其作為粗矯直設備使用。為提高矯直的效果需要做好對于管、棒材等的原始彎度等數據的檢測，并根據檢測的數據設置最佳矯直點與壓彎量，以往的矯直工作中多依靠人工檢測的方式來對上述數據進行測量，為提高工作效率，通過使用二輥滾光矯直機來對以往傳統矯直機無法矯直或是矯直精度不高的管、棒等材料進行矯直加工。

1 管、棒鋼材矯直原理簡述

金屬條材在生產、運輸、鍛造、擠壓、軋制等過程中會由于種種原因而導致其發生或多或少的彎曲、歪扭等，其在軋制、鍛造、擠壓過程中所產生的殘余應力將會使得金屬條材產生不同程度的彎曲或是扭曲，因此，為了提高金屬條材的直線度應當對其進行后續的矯直加工。在矯直機工作的過程中多依靠的是反向彎曲后矯直原理進行加工的，下文將以條材曲率變化來對矯直機工作原理進行闡述。管、棒等材料的原始曲率（即未進行矯直前的曲率）以進行表示。對于管材的彎曲方向可以使用±加以標記，＋表示條材彎曲凸度向上的曲率，－表示彎曲凸度向下的曲率，對于條材中的平直部分的曲率為0.鋼材在外力作用下發生的強制反彎的曲率被稱為反彎曲率，通常以來進行表示，在二輥滾光矯直機中，其主要是依靠輥子的壓力來獲得反向彎曲壓力的。其中反完曲率的大小直接影響到彎曲矯直的效果?？傋冃吻势涿枋龅氖卿摬膹澢冃蔚淖兓浚涫褂脕肀硎?，其值為。在進行計算時e要注意±的使用。e殘余γ0曲率是指鋼材經過軋制后彈復后所具有的曲率，使用進行標示，其具體數值為：的計算結果。為確保鋼材的矯直效果需要使得＝0，及相當于使得以上就是管材反向彎曲的基本原則。

2 二輥滾光矯直機的工作原理及設計要點

2.1 二輥滾光矯直機工作原理。有別于傳統的矯直機，二輥滾光矯直機在工作時不是依靠各輥之間的交錯擠壓來使得條材產生塑性彎曲來產生矯直效果，其主要是依靠一對輥縫內部彎曲曲率的變化來進行鋼材的矯直的。在二輥滾光矯直機工作過程中所進行的旋轉壓彎可以將鋼材認為是一個螺旋形的扁鋼，用壓輥壓在扁鋼的邊緣上以扁鋼為軌道向前行走，扁鋼將在壓輥處被壓彎并在輥子走過后彈復變直，從而產生矯直效果。在二輥滾光矯直機工作過程中，棒材在旋轉前進中受到壓輥的壓力，并在壓輥作用處的截面上產生塑性壓縮與拉伸的組合變形，當管材繼續前進會受到壓輥所產生的反向壓彎作用，其所產生的壓彎量將使得已經被壓彎的棒材得到矯直。而對于圓形鋼材的彎曲需要進行全方位的彎曲，需要在管材前進的過程中通過壓彎輥的動作來實現壓彎，并在前進中設計各反向壓彎錕壓彎后彈復變直從而實現全長度及全方位的矯正效果。二輥滾光矯直機的工作原理較為簡單，在矯直工作中需要采用一些復雜的措施來加以實現，為避免管材材質不均勻以及工件尺寸誤差、矯直機輥子磨損等對矯直效果所帶來的影響，因此在二輥滾光矯直機中輥縫主要采用的是對稱的形式，在入口側輥縫主要起到咬入及預矯的作用，而出口側則主要起到矯直的作用，在二輥滾光矯直機輥腰處的等曲率區為中區，將起到統一殘留彎曲的效果。在矯直厚壁管材的過程中，輥縫的彎曲程度在明顯的降低，其塑形變形深度與壁厚可以相等，因此，在輥腰區的曲率設置無需過大，從而較直區的曲率變化范圍明顯減小，因此，除了輥腰區仍需要等曲率壓彎外其他的壓彎區域可以直接按照線性遞減原則來安排輥縫的曲率變化。在二輥滾光矯直機的工作過程中，管、棒材料在輥縫之間被同向旋轉的凸凹輥彎曲并施加反向旋轉，通過對圓材施加對稱傾斜的力，圓材將會邊旋轉邊前進，從而實現對于管、棒材的矯直。

2.2 二輥滾光矯直機矯直力的計算。在進行二輥滾光矯直機矯直力的計算時需要考慮矯直輥形單向彎曲與雙向彎曲之間的區別對矯直力的影響，其矯直力的大小與輥縫大壓彎程度聯系較為密切。此型二輥滾光矯直機中主要采用的是單向反彎曲輥形，需要按照單向反彎曲輥形來對矯直力進行計算。在計算時由于矯直機中等彎曲率區內的彎矩是相同的，因此，其必然會在外力偶的作用下形成鋼材內部的等彎矩區。在工件的受力的中的一段區域其彎矩F3呈現出線性遞增效果，此彎矩最初表現為彈性彎矩，逐步增大為彈塑性彎矩F2，并在繼續旋轉半周后轉變為F2S′d/2的力偶矩，從而在后半周內完成M2等彎矩彎曲。在鋼材進入到輥腰部分時需要增大彎矩使其達到M1，因此需要增加額外的力偶矩F2Sd/2，以上建立的二輥滾光矯直機受力模型是較為接近鋼材實際受力狀態的。其中矯直力如下所示：

二輥滾光矯直機的導程t

粗棒螺旋導程：

t1＝π×90×tan15°＝75.22mm細棒螺旋導程：

t2＝π×20×tan25°＝29.28mm二輥滾光矯直機彈性極限彎矩

從而鋼材所受到的矯直力的總和為：

在二輥滾光矯直機的受力分析中發現，鋼材的受力接觸角與傾斜角基本相等：

因此，二輥滾光矯直機軸承所承受的總力為：

二輥滾光矯直機的功率消耗主要有：軸承的消耗、滑動摩擦所帶來的消耗以及滾動摩擦和塑形變形所帶來的消耗，需要在計算總消耗功率來對電機功率進行選擇。

結語

二輥滾光矯直機在鋼材的矯直加工中發揮著越來越重要的作用，本文在分析二輥滾光矯直機工作原理的基礎上對二輥滾光矯直機設計過程中所需要的相關參數進行了分析計算。

參考文獻

[1]崔甫.矯直原理與矯直機械[M].北京：冶金工業出版社，2002（05）.

中圖分類號：TG333

文獻標識碼：A