板材輥式矯直機輥數分析

張玉昆

摘要：在我國快速發展過程中，我國經濟在快速發展，社會在不斷進步，從理論計算的角度，給出了大變形、小變形矯直方案輥數確定流程圖，并以5輥和7輥為例，從矯后殘余曲率、達到的最大塑性變形率、矯后鋼板厚度方向的殘余應力、矯直力、功率等多方面深入分析輥數多少的區別，為板材輥式矯直機輥數選取時提供依據。

關鍵詞：矯直機;輥數;曲率;塑性變形率

引言

矯直是軋制生產中不可缺少的重要工序，對于板材來講，矯直主要用于解決板材的彎曲和屈曲.矯直機的結構參數和力能參數是設計和使用矯直機的主要依據，參數的合理與否，直接影響矯直機的使用性能.相對一定的矯直條件和矯直精度要求，存在著最少輥數允許值，雖然增加輥數可提高矯直精度，但機體的尺寸、重量、加工、維護及能耗等都相應有所增加，因此有必要確定矯直板材所需的最佳輥數.

1輥式矯直機工作原理

中厚板輥式矯直機矯直原理是指彈塑性彎曲較大的條件下，板材在彈復后所余留下來的彎曲程度會明顯縮小，隨著壓彎量的減少，余留的彎曲慢慢趨于零而達到矯直板材的目的中厚板輥式矯直機的工作原理是指板材在零張力下經過多次連續性反復彎曲，板材外層金屬產生一定屈服，而中間層金屬不產生屈服，這種矯直方式可以使板材產品達到較高級別的平直度，形成的殘余應力可以通過進一步的彎曲得以被消除，從而使這些板材符合國家標準和用戶使用要求。

2板材輥式矯直機輥數的分析

2.1輥數的確定

傳統的大變形、小變形矯直方案確定輥數的方法是以殘余曲率為目標，板材經過幾次反彎后，當殘余曲率控制在允許范圍內時停止增加輥數。從理論計算的角度來看，7輥輥系完全可以滿足高精度矯直需求，且輥數超過7之后，對提高矯直精度的效果減慢。但實際使用中若要得到高精度的板形要求，常見到9輥及以上的矯直機，其原因之一為小變形壓下值易算而不易調，算的很準而調整卻較難，尤其在機架剛度較低的情況下，調準之后工作時各輥互相影響，便會失去準確性。原因之二為材質不勻及尺寸公差會造成理論值與實際值之間有差距。原因之三為側彎及扭曲對矯直效果有影響。為此常用增加輥數的辦法來彌補上述的不足。

2.2輥式矯直機的分類

板材經過工作輥的多次連續反復彎曲而達到矯直目的，所以輥式矯直機不僅生產效率高而且容易實現自動化控制。輥式矯直機按照工作輥的調整方式可以分為以下幾種：上排工作輥單傾斜調整的矯直機、上排工作輥整體傾斜調整的矯直機、上排工作輥雙側傾斜調整的矯直機、上排工作輥整體平行調整的矯直機、上排工作輥單獨調整的矯直機。輥式矯直機除了按照工作輥的調整方式來劃分外，還可以按照矯直機所矯直板材的規格劃分為：薄板輥式矯直機、中薄板輥式矯直機、中厚板輥式矯直機三種.

2.35輥和7輥的比較

單純從理論計算的角度，不考慮設備本身剛度、來料尺寸誤差及特殊板形等情況的影響，以5輥和7輥為例，在來料板材參數和除輥數外輥系其他結構參數相同的情況下，分別計算了多組數據（即不同板材規格、不同輥系大?。?，從矯后殘余曲率（即矯后平直度）、達到的最大塑性變形率、矯后鋼板厚度方向的殘余應力、矯直力、功率進行計算對比，發現規律一致，鑒于篇幅限制，本文只舉出兩組計算數據示例。

2.4矯直輥磨損機理

輥式矯直機矯直板材時，矯直輥與板材以及與支承輥之間的相互擠壓摩擦會導致矯直輥的磨損。從磨損機理上來看，矯直輥的磨損主要分為粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損及疲勞磨損幾種形式.粘著磨損是指矯直輥在高溫或高壓作用下與板材及支承輥相互擠壓摩擦，接觸表面微觀顆粒在幾個材料表面上互相轉移，發生材料微粒脫落的現象。磨粒磨損指在矯直力的作用下，金屬板材表面產生的氧化鐵皮被碾碎成磨粒，在矯直輥連續循環轉動過程中這些磨粒不停的劃損矯直輥表面，對矯直輥造成磨粒磨損。腐蝕磨損是由于矯直輥一直處于氧化性環境下工作，矯直輥與板材接觸摩擦使得輥身表面溫度升高，使矯直輥氧化加快，在外力作用下，氧化層破裂形成了高溫氧化磨損;矯直輥表面與其周圍介質相互作用發生反應，造成了化學磨損。這些磨損形式構成了腐蝕磨損。疲勞磨損是矯直輥常見缺陷之一，也就是所謂的剝落。矯直輥工作層或芯部結合層不可避免地存在顯微裂紋，矯直過程中工作輥不停旋轉，矯直輥在周期性接觸應力和熱應力的綜合作用下疲勞剝落形成凹坑，導致疲勞磨損。矯直輥磨損是由粘著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損及腐蝕磨損相互影響共同引起的。國內外許多科研人員對工作輥的磨損失效進行了深入研究。矯直機工作輥磨損與其他磨損在形成機理上是基本相同的。從摩擦學角度分析，矯直輥的磨損可理解為微觀與宏觀的變化：微觀磨損是矯直板材過程中工作輥表面材料微觀組織不斷損壞消耗的過程;而肉眼明顯可見的、表面摩擦引起的極大損壞就表現為宏觀磨損。

2.5預防矯直機工作輥失效及提高其使用壽命的措施

本文認為預防矯直輥的失效提高其使用壽命可以從以下幾方面采取相應的措施。1）從工藝角度出發，合理安排冷卻水的分布與流量，防止矯直輥因溫度變化受急冷急熱作用產生裂紋。2）制定合理的換輥周期，當矯直輥出現裂紋時，需對其進行磨削修復以防止裂紋的擴展。3）對于那些經過多次磨削修復的矯直輥應該重新進行淬火處理。矯直輥表面的淬火層會因為過多的磨削修復而消失，為提高表面硬度，避免危險斷面上的載荷超過疲勞強度，重新進行淬火是很有必要的。4）被矯板材的規格要嚴格遵守矯直輥設計能力。板材的寬度、厚度、表面質量、原始板型都對矯直輥有較大影響，如果超出矯直輥最初設計的能力，會降低其使用壽命。5）支承輥能有效地提高工作輥軸向的強度和剛度，同時為了保護好工作輥，對支承輥有較高的要求。為保護好工作輥表面避免滑傷，支承輥輥面硬度要比工作輥的低，同時用圓弧修正支承輥邊緣，使其對工作輥分布的載荷更加均勻。6）避免矯直操作不當損傷矯直輥?？刂坪脡合抡{整量，壓下量太大會使工作輥負荷成倍增加，容易造成工作輥的失效。7）提高矯直機操作人員的操作技巧和責任心，規范操作行為，杜絕不合理操作方式引發的矯直故障。

結語

（1）對相同規格的帶材，只要壓下量設定的合適，5輥矯直機和7輥矯直機均能達到矯后平直度的目標值;（2）達到相同最大塑性比的情況下，5輥矯直機各輥壓下量大于7輥矯直機的;（3）壓下量相同時，7輥矯直機比5輥矯直機產生的最大塑性比大;（4）達到相同最大塑性比的情況下，矯后厚度方向的殘余應力值7輥矯直機比5輥矯直機下降約17%;（5）達到相同最大塑性比的情況下，7輥矯直機比5輥矯直機所需矯直力和功率提高約63%。以上結論能夠為矯直機輥數選擇時提供判斷依據，在綜合各項指標后確定既經濟又合理的輥數。

參考文獻

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