幾種不同板材矯直技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)分析＊

黎金琴

（咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 咸寧437000）

板材矯直是一種以減少或消除板材零部件彎曲、缺陷的工藝，相對(duì)而言具有經(jīng)濟(jì)、靈活、簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。中國(guó)板材矯直技術(shù)起步時(shí)間較晚，因此在以往的工作中，由于缺乏板材矯直工藝科學(xué)算法、理論研究，長(zhǎng)期以來(lái)多依靠工人師傅自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算或反復(fù)試校。這就導(dǎo)致板材矯直工作時(shí)常面臨工作勞動(dòng)強(qiáng)度大、質(zhì)量差、效率低的現(xiàn)實(shí)窘境。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期的發(fā)展，在技術(shù)創(chuàng)新的作用下，如今中國(guó)已經(jīng)形成了極具體系化的板材矯直技術(shù)，尤其是在自動(dòng)化板材矯直機(jī)的作用下，各行業(yè)板材矯直工作效率大幅度提升，產(chǎn)品質(zhì)量更是有了更好的保障。雖然目前各種類型的板材矯直機(jī)技術(shù)在社會(huì)各行業(yè)中都有著較為廣泛的應(yīng)用，但相關(guān)理論研究成果卻極為不足。為促進(jìn)中國(guó)板材矯直技術(shù)能夠逐漸走向成熟，在社會(huì)各行業(yè)中應(yīng)用范圍得到進(jìn)一步的拓展。作為一名行業(yè)從業(yè)人員，有必要同時(shí)也有責(zé)任和義務(wù)就目前社會(huì)中幾種不同板材矯直技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)展開(kāi)全面的研究與探討，以此來(lái)為人們充分展示中國(guó)板材矯直技術(shù)發(fā)展概況。

1 板材矯直概述

板材矯直多出現(xiàn)于機(jī)械加工領(lǐng)域，是一種常見(jiàn)的板材變形缺陷矯正技術(shù)。從加工形式上來(lái)看，板材矯直一般包括手工矯正、機(jī)械矯正兩種。其中手工矯正主要是依靠人力的作用，通過(guò)對(duì)虎鉗、鐵砧、百分表、矯正作業(yè)平臺(tái)、手錘、量尺等工具的運(yùn)用進(jìn)行手工作業(yè)。礙于人力的局限性，手工矯正作業(yè)對(duì)象主要以一些小型板材、零部件為主。而機(jī)械矯正則在強(qiáng)大機(jī)械力的作用下，主要被應(yīng)用于一些大型構(gòu)件以及較厚毛坯板材的矯正當(dāng)中，借助壓力機(jī)、矯直機(jī)等設(shè)備進(jìn)行矯正作業(yè)。其中矯直機(jī)被作為板材矯直的主要技術(shù)設(shè)備，其原理為通過(guò)矯直輥在金屬材料上作用的發(fā)揮，在強(qiáng)大擠壓力的反復(fù)作用下來(lái)改變板材直線度，并在拉伸、延展的作用下彌補(bǔ)板材凹凸、彎曲等明顯缺陷，直至板材在參數(shù)上符合公差標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)板材構(gòu)件的具體缺陷狀態(tài)以及板材材料質(zhì)地特點(diǎn)等，目前普遍采用到的板材矯直方法主要包括以下幾種：①扭轉(zhuǎn)法。針對(duì)出現(xiàn)扭曲變形的板材零件進(jìn)行矯正。②伸張法。針對(duì)各種線形板材的彎曲、扭曲狀態(tài)進(jìn)行矯正。③延伸法，又稱“矯平”。針對(duì)出現(xiàn)翹、曲的板件和角鋼進(jìn)行矯正。④彎曲法，又稱“矯直”。對(duì)在寬度方向上出現(xiàn)變形、彎曲的棒形、管形、軸形、條形板材零件進(jìn)行矯正。在強(qiáng)調(diào)大國(guó)重器的新時(shí)代背景下，板材矯直技術(shù)狀況已經(jīng)成為了對(duì)中國(guó)冶金企業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)判的一個(gè)重要指標(biāo)，代表著中國(guó)的工業(yè)水平。

2 中國(guó)板材矯直技術(shù)發(fā)展概況

中國(guó)板材矯直技術(shù)起步時(shí)間較晚，建國(guó)之前，中國(guó)的板材矯直技術(shù)主要依靠德國(guó)、日本、英國(guó)的機(jī)械設(shè)備支持，建國(guó)之后則主要從蘇聯(lián)進(jìn)行相關(guān)矯直設(shè)備、技術(shù)的引入。一直到20 世紀(jì)80 年代，在科技創(chuàng)新的作用下，中國(guó)對(duì)板材矯直相關(guān)參數(shù)計(jì)算、理論研究工作才取得了階段性的進(jìn)展。近些年來(lái)，隨著中國(guó)機(jī)械工業(yè)技術(shù)水平的不斷提升，中國(guó)在新型矯直機(jī)械的理論研究以及實(shí)際研制工作方面取得了突破性進(jìn)展，在有限元分析、解析法研究的基礎(chǔ)上，建立起了較為完善的矯直理論數(shù)學(xué)模型，大大提高了材料殘余應(yīng)力、壓彎量相關(guān)參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確度，極大地促進(jìn)了中國(guó)板材矯直技術(shù)的發(fā)展，使中國(guó)在板材矯直行業(yè)大有趕超世界先進(jìn)水平的趨勢(shì)。進(jìn)入到20 世紀(jì)90 年代，在強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力下，中國(guó)整體工業(yè)水平全面提升，尤其是隨著汽車行業(yè)的崛起，中國(guó)板材需求量更是急劇攀升。其中薄板更是憑借其自身質(zhì)量輕、荷載能力強(qiáng)、加工簡(jiǎn)單等各方面優(yōu)勢(shì)，在汽車制造、建筑工程、飛機(jī)船舶制造等行業(yè)都有著極為廣泛的應(yīng)用。在市場(chǎng)的導(dǎo)向作用下，中國(guó)逐漸加大了對(duì)板材矯直技術(shù)的研究力度。經(jīng)過(guò)多年的努力，雖然中國(guó)在板材矯直技術(shù)的研討方面取得了許多顯著的成果，發(fā)展速度加快，但相比較世界發(fā)達(dá)國(guó)家，中國(guó)在核心技術(shù)、矯直理論、數(shù)學(xué)模型建設(shè)等方面仍存在一定的差距。在未來(lái)的工作中，中國(guó)要以西方技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的板材矯直技術(shù)水平為目標(biāo)，著力于高精度、高效化、可靠性、全自動(dòng)、多功能、節(jié)能環(huán)保矯直設(shè)備的研發(fā)。

3 幾種不同板材矯直技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 張力矯直機(jī)技術(shù)

從發(fā)展時(shí)間上來(lái)看，張力矯直機(jī)技術(shù)出現(xiàn)時(shí)間較早，早在1958 年，亨特工程公司成立以來(lái)就開(kāi)發(fā)出了以鋁材為主要的拉伸矯直技機(jī)技術(shù)。在作用原理上張力矯直機(jī)通過(guò)將板帶穿過(guò)一組小型輥采用張力，在折彎張力的配合作用下來(lái)達(dá)到板材延伸定型的效果，依賴于提升矯直板材屈服應(yīng)力的特性張力來(lái)實(shí)現(xiàn)，這與多輥矯直機(jī)在施加最小張力狀態(tài)下將板帶穿過(guò)多個(gè)小型輥來(lái)達(dá)到板帶延伸定型的效果的辦法存在著一定的差異。在構(gòu)件方面，張矯直機(jī)技術(shù)主要由進(jìn)出口張緊輥以及張力矯直機(jī)構(gòu)成，并分為放大區(qū)段、抗橫向彎曲、矯平區(qū)段。張力矯直機(jī)技術(shù)突出優(yōu)勢(shì)主要就體現(xiàn)在其獨(dú)特的構(gòu)件組成上，使得板材在矯直過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輥的快速更換與清理，并對(duì)存在橫向彎曲、波浪卷邊等板材缺陷有著很好的矯直效果，大大滿足了用戶對(duì)板材整體平直度、版型的高標(biāo)準(zhǔn)要求。張力矯直機(jī)技術(shù)的顯著缺點(diǎn)在于易斷帶、耗能高，在高強(qiáng)度的矯直作業(yè)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)下，難以很好地保證板材矯直質(zhì)量，不利于設(shè)備使用壽命的延長(zhǎng)。

3.2 熱矯直機(jī)技術(shù)

近年來(lái)，隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，尤其是在一系列重點(diǎn)大型建筑工程的拉動(dòng)作用下，中厚板材在中國(guó)的應(yīng)用范圍以及數(shù)量都呈現(xiàn)出了急速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，由此針對(duì)中厚板材的矯直項(xiàng)目也逐漸增多。而寬厚板熱矯直機(jī)技術(shù)就是專門針對(duì)中厚板材矯直作業(yè)而研發(fā)的，主要安裝在冷床與冷卻裝置之間，由主液壓缸、彎輥缸、上下輥盒、上下矯直輥、上下支撐輥以及上部分框架組成，主要用于矯直經(jīng)過(guò)冷卻控制后或從軋機(jī)中出來(lái)的熱鋼板。

寬厚板熱矯直機(jī)技術(shù)的突出特點(diǎn)表現(xiàn)在：①機(jī)架采用預(yù)應(yīng)力框架，有助于矯直機(jī)剛度的增強(qiáng)；②液壓輥縫調(diào)解系統(tǒng)具有過(guò)載保護(hù)、柔性調(diào)節(jié)等功能，具有快速反應(yīng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)；③在結(jié)構(gòu)上上框架以及矯直輥內(nèi)部都專門設(shè)有冷卻裝置，有效防止了矯直過(guò)程中過(guò)熱變形情況的發(fā)生；④采用模型進(jìn)行板材矯直預(yù)設(shè)定，充分實(shí)現(xiàn)了板材矯直自動(dòng)化控制，大大提高了板材矯直的精密度。就熱矯直機(jī)技術(shù)的缺陷而言，主要集中在上輥系工作輥輥面。受熱矯直機(jī)上框架整體水平度以及上輥系彎輥調(diào)整不合理的影響，機(jī)體上框架原始位置發(fā)生漂移，在橫向傾斜、負(fù)彎的狀態(tài)下，工作輥與支承輥接觸面應(yīng)力增加，從而出現(xiàn)機(jī)體內(nèi)部局部磨損的狀況，由此導(dǎo)致經(jīng)熱矯直機(jī)技術(shù)處理后的板材表面存在全長(zhǎng)壓痕的明顯缺陷，嚴(yán)重影響了板材矯直質(zhì)量。

3.3 拉伸矯直技術(shù)

拉伸矯直技術(shù)又稱連續(xù)拉伸彎曲矯直法，在機(jī)械的作用下通過(guò)對(duì)板材本身進(jìn)行反復(fù)彎曲、拉伸，在受力的作用下使板材機(jī)體材料產(chǎn)生一定的彈塑性，在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出了良好的矯直效果，是目前市場(chǎng)中應(yīng)用最廣、效果最佳的板帶矯直法，主要被應(yīng)用于冷軋帶鋼的生產(chǎn)當(dāng)中。就主要結(jié)構(gòu)組成來(lái)看，拉伸矯直機(jī)主要由電鍍錫機(jī)、熱鍍鋅機(jī)組、酸洗機(jī)組、精整機(jī)、連續(xù)退火機(jī)組等構(gòu)成。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，拉伸矯直技術(shù)可以針對(duì)板材的鐮刀彎、瓢曲、波浪彎等三維形狀缺陷進(jìn)行矯直。并且與輥式矯直機(jī)相比，拉伸彎曲矯直機(jī)在結(jié)構(gòu)上較為簡(jiǎn)單，這就大大減輕了機(jī)體質(zhì)量，且操作、維修都較為便捷，并且拉伸矯直機(jī)的矯平輥組以及彎曲輥組均為從動(dòng)輥，能夠同步帶材運(yùn)轉(zhuǎn)，這使得其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)因打滑而擦傷表面情況的發(fā)生，大大提高了機(jī)械操作的安全性。拉伸矯直技術(shù)的缺陷在于由于拉伸矯直技術(shù)在參數(shù)的計(jì)算上涉及到大量的幾何非線性、材料非線性問(wèn)題，因此相對(duì)其他矯直技術(shù)而言計(jì)算難度較大，這就在無(wú)形當(dāng)中增加了工作計(jì)算量，不利于生產(chǎn)周期的加快。

4 小結(jié)

綜上所述，在經(jīng)過(guò)對(duì)幾種不同板材矯直技術(shù)特性的對(duì)比分析中可看出，不同板材矯直技術(shù)之間在矯直對(duì)象、工作原理、設(shè)備設(shè)計(jì)、整體性能等各方面都存在一定的差異，且板材零件的厚度、寬度、形狀、材質(zhì)、缺陷狀況等也在一定程度上決定著矯直技術(shù)的選擇。在今后的工作中，要繼續(xù)加大對(duì)板材矯直技術(shù)的研究力度，本著高要求、高標(biāo)準(zhǔn)、高品質(zhì)的工作目標(biāo)，在目前板材矯直技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)設(shè)備的升級(jí)與功能的擴(kuò)展，使板材矯直技術(shù)逐漸由以往的傳統(tǒng)工藝做法向著全液壓、高剛度、多功能、高負(fù)荷等方向發(fā)展。