矯直機[行業(yè)特制]

1、矯直的必要性： 軋件在軋制、冷卻和運輸過程中，由于各種因素的影響，往往 產(chǎn)生形狀缺陷。如鋼軌、型鋼和鋼管經(jīng)常出現(xiàn)弧形彎曲；某些型鋼 （如工字鋼）的斷面會產(chǎn)生翼緣內并、外擴和扭轉等；板材和帶材 則會產(chǎn)生縱向彎曲（波浪形）、橫向彎曲、邊緣浪形和中間瓢曲以 及鐮刀彎等。為了消除這些缺陷，軋件需要在矯直機上進行矯直。 1行業(yè)材料 2行業(yè)材料 矯直原理：使鋼材的彎曲部位承受相當大的反向彎 曲或拉伸，使該部位產(chǎn)生一定的彈塑性變形，當外力去 除后，鋼材經(jīng)過彈性回復，然后達到平直。 根據(jù)矯直機的結構特點，矯直機可以分為壓力矯直 機、輥式矯直機、管棒材矯直機、張力矯直機（拉伸矯 直機）及拉伸彎曲矯直機等類型。

2、8.1矯直機的類型 3行業(yè)材料 原理：軋件在活動壓頭 和兩個固定支點間，利 用一次反彎的方法進行 矯正。 應用：用來矯正大型鋼 梁、鋼軌和大直徑（大 于200300mm）鋼管或 用作輥式矯直機的補充 矯直。 缺點：生產(chǎn)率低且操作 較繁重。 類型：有立式和臥式之 分。 1、壓力矯直機 4行業(yè)材料 原理：軋件多次通過 交錯排列的轉動著的輥 子，利用多次反復彎曲 而得到矯正。 特點：生產(chǎn)率高且易于 實現(xiàn)機械化，在型鋼車 間和板帶車間獲得廣泛 應用。 類型：類型較多 2、輥式矯直機(板材 、帶材、型鋼用) 5行業(yè)材料 （1）c圖為上輥單獨調整輥式矯直機，上排每個工作輥可 單獨調整，調整方式比較靈活。多

3、用于輥數(shù)較少且輥距 較大的矯直機，如矯直型鋼和鋼管。 （2）d圖為上輥整體平行調整輥式矯直機，前后設有單獨 調整的上工作輥，主要起導向作用，以利于被矯鋼材的 導入和導出。多用于矯直厚度為4-12mm以上的鋼板。 （3）e圖為上輥整個傾斜調整輥式矯直機，這種調整方式 可以使被矯鋼板的反彎曲率從大到小，符合矯直金屬的 變形規(guī)律，該矯直機多用于矯直厚度為4mm以下的板帶 材。 （4）f圖為上排工作輥局部傾斜調整的矯直機，這種調整 方式可增加鋼材大變形彎曲次數(shù)，多用于矯直薄板。 6行業(yè)材料 （1）g圖為一般斜輥式矯直機 。這種矯直機的工作輥具有 類似雙曲線的空間曲線的形 狀，兩排工作輥軸線互相交 叉。

4、管棒材在矯直時邊旋轉 邊前進，從而獲得對軸線對 稱的形狀。 （2）h圖為313型輥式矯直機 。這種矯直機的設備重量輕 ，易于調整和維修，用于矯 直管、棒材時，效果很好 （3）i圖為偏心軸式矯直機， 用來矯直薄壁管。 3、管棒材矯直機 7行業(yè)材料 原理：對軋件施加超過材 料屈服極限的張力，使之 產(chǎn)生彈塑性變形，從而將 軋件矯平。 類型 （1）j圖為夾鉗式拉伸矯 直機，一個夾鉗固定，一 個夾鉗可動。由于單張矯 直，生產(chǎn)率低，端部會造 成較大的廢料頭，金屬損 耗較大。 （2）k圖、l圖、m圖均 為拉伸矯直機，其用途如 教材。 4、拉伸矯直機 8行業(yè)材料 原理：當帶材在小直徑輥子上彎曲時，同時施加張力

5、， 使帶材產(chǎn)生彈塑性延伸，從而矯平。 特點：能耗小，矯直質量高。 用途：一般用在連續(xù)作業(yè)線上，可矯直各種金屬帶材。 也可用在酸洗機組上進行破鱗。 5、拉伸彎曲矯直機 9行業(yè)材料 矯直機 10行業(yè)材料 在壓力矯直機、輥矯直機及拉伸彎曲矯直機中，軋件 經(jīng)過彈塑性及彎后矯平的。為此，簡要介紹彈塑性彎曲的 基本概念及軋件的反彎曲矯直原理。 一、軋件的彈塑性彎曲變形 1、彈塑性彎曲變形過程 （1）三種彎曲變形 如下圖，在外負荷力矩作用下，軋件產(chǎn)生彎曲，凹面 受壓應力，凸面受拉應力，表面層應力最大， 11行業(yè)材料 12行業(yè)材料 純彈性彎曲：軋件表面層的最大應力小于等于材料的屈服 極限，則外力去除后，材料的

6、變形能夠全部彈性恢復。 服從虎克定律。 E 13行業(yè)材料 彈塑性彎曲：表層應力超過材料的屈服極限，產(chǎn)生塑性 變形，而中性層的應力仍然小于等于材料的屈服極限。 外力去除后，各層的變形可彈性恢復一部分。 純塑性彎曲（假想的彈塑性彎曲極限狀態(tài)）：整個材料 斷面的縱向纖維應力都超過了材料的屈服極限，都處于 塑性變形狀態(tài)。在外力去除后，在彈性內力矩作用下， 縱向纖維的變形只能恢復彈性變形部分。 14行業(yè)材料 （2）軋件的彈塑性彎曲 當軋件在矯直彎曲變形時，軋件中同時存在彈性變形 和塑性變形，因此為彈塑性彎曲變形。包括彈塑性彎曲變 形階段和除去外負荷后的彈性恢復階段。 15行業(yè)材料 軋件彎曲過程可以用曲

7、率變化來說明，主要使用以 下幾個曲率。 2、軋件彈塑性彎曲過程中的曲率變化 （1）原始曲率1/r0：軋件在 矯直彎曲前所具有的曲率。r0 為軋件原始彎曲半徑。曲率 的方向用正負號表示。“” 表示彎曲凸度向下，“” 表示彎曲凸度向上。等于零 表示軋件的原始狀態(tài)是平直 的。 16行業(yè)材料 （2）反彎曲率1/ ：在外力矩作用下，軋件強制彎曲后的 曲率稱為反彎曲率。在壓力矯直機和輥式矯直機上，反 彎曲率是通過矯直機的壓頭和輥子的壓下來獲得的。反 彎曲率的選擇是決定軋件能否矯直的關鍵。軋件矯直的 實質就是要選擇“適量”反彎曲率，以便使軋件在外力 矩消除后，經(jīng)過彈性恢復而變直。反彎曲率的正負號與 原始曲率

8、相關，與原始曲率方向相同時符號相反，方向 相反時符號相同。 17行業(yè)材料 （3）總變形曲率1/rc：它是軋件彎曲變形的變化量，是原 始曲率與反彎曲率的代數(shù)和，即： 1/rc1/r01/ （4）殘余曲率1/r：當去除外負荷后，軋件在彈性內力矩的 作用下，經(jīng)過彈復后所具有的曲率稱為殘余曲率。如果1 /r0，則表示軋件已矯直。 （5）彈復曲率1/ ：彈性恢復階段，軋件彈性恢復的曲率 。它等于反彎曲率與殘余曲率的代數(shù)差，即： 1/ 1/ 1/r（3.2-1） y y 18行業(yè)材料 根據(jù)（3.2-1）式，要使原始曲率為1/r0的軋件得到矯 直，即殘余曲率1/r=0，則必須選擇適當?shù)耐饬?，使?彎曲率在

9、數(shù)值上等于彈復曲率。 矯直的基本原理：軋件的矯直彎曲變形過程分為彈塑 性彎曲變形和彈復變形兩個階段。彈塑性彎曲變形階段 是在彎曲力矩M的作用下，將具有原始曲率1/r0的軋件向 反方向彎曲，其反彎曲率為1/ ；當外力矩去除后，進入 彈復階段。此時在軋件的彈性內力矩的作用下，軋件彈 性恢復（彈復曲率為1/y)，最終得殘余曲率1/r。如果所 取的反彎曲率在數(shù)值上等于彈復曲率，則彈復后的軋件 將得到矯直。 二、軋件矯直基本原理 19行業(yè)材料 假設：矯直彎曲時，對軋件施加的外力矩等于其內力矩；軋 件彎曲前后的橫截面仍保持為一平面，并且在橫截面內的變 形大小與到中性層的距離成正比。 不考慮加工硬化，視金屬

10、為理想彈塑性體，在塑性變形區(qū)內 的應力值為金屬屈服強度s 。 20行業(yè)材料 彎曲軋件所需外加力矩為： 式中dF: 微分面積 用s表示z積分整理后： 式中W：彈性變形區(qū)的抗彎截面系數(shù) S：塑性變形區(qū)的塑性截面系數(shù) )32 . 3(22 2 0 0 0 h z s z z dFzdFzM )102 . 3()( )42 . 3()2 2 ( 0 0 0 2 2 0 SW zdFdFz z M s z h z s 21行業(yè)材料 彈復曲率1/y與金屬的原始曲率1/r0和反彎曲率1/ 的關系 2 2 2 0 2 1 3 1 4 )172 . 3( 11 3 1 4 1 c ss ss y r E h E

11、J b r E h EJ b 式中： E：金屬的彈性模數(shù) J：金屬的截面慣性矩 22行業(yè)材料 彈復曲率1/y隨著彎曲總曲率1/rc的增加而逐漸增大，且 彈復曲率的增量隨1/rc的增加而逐漸減少。 23行業(yè)材料 一、輥式矯直機的矯直原理 1. 小變形量矯直方案 矯直機上排工作輥每個輥子均可單獨進行調整，且每個輥 子的壓下量調整原則為：進入該輥的軋件經(jīng)過反彎和彈復之后 ，其最大原始曲率應該完全消除。 每個輥子的壓下量恰好能矯直前面相鄰輥子處的最大殘余 曲率，是殘余曲率逐漸減少的矯直方案。 24行業(yè)材料 25行業(yè)材料 小變形量矯直方案特點 (1) 優(yōu)點：總變形曲率小，矯直軋件時功率消耗小。 (2)

12、不能完全消除殘余曲率。增加輥數(shù)可以進一步減小 曲率變化范圍。 26行業(yè)材料 原理：軋件上不同方向，不同數(shù)值的原始曲率，經(jīng)過同 一個反彎曲率的彈塑性反彎后，其殘余曲率有趨向一致的特 性。正是軋件的這一特性，使得軋件經(jīng)多次交變的彈塑性彎 曲后，其殘余曲率逐漸趨向一致，形成單值殘余曲率，然后 再進一步矯直。 方案：在前幾個輥子采用比小變形矯直方案大得多的壓 下量，使軋件得到足夠大的彎曲，迅速縮小殘余曲率變化范 圍，接著后面的輥子采用小變形方案，反彎曲率逐漸減小， 使軋件趨于平直。 2. 大變形量矯直方案 27行業(yè)材料 大變形量矯直方案特點 （1）可以用較少的輥子獲得較好的矯直質量； （2）由于過分增

13、大軋件的變形程度，使軋件內部的 殘余應力增加，影響了產(chǎn)品的質量，并增加了矯 直的能量消耗。 28行業(yè)材料 1. 板材輥式矯直機 （1）平行輥列矯直機 下排輥子固定不動，上排輥子可以調整 圖3.2-17 平行輥列矯直機示意圖 二、輥式矯直機的結構 29行業(yè)材料 為了防止矯直輥在矯直過程中產(chǎn)生撓曲變形，在矯直輥 上設有支持輥，通常下工作輥和下支持輥固定不動，上工作 輥和上支持輥可集體地在高度方向上調節(jié)。 圖3.2-18 具有支持輥的平行輥列矯直機示意圖 30行業(yè)材料 特點： 前后輥都具有相同的反彎曲率，板材從矯直機出來后具 有較大的殘余曲率。矯直質量不高。 應用： 矯直厚度為440mm 中厚板。

14、輥數(shù)：通常513，其中57個輥子于矯直厚板。 31行業(yè)材料 （2）傾斜輥列矯直機 下排輥子固定不動，上排輥子安裝在可調整的上機架內 ，上排輥子可調整成與下排輥子成一傾斜度。 圖3.2-19傾斜輥列矯直機示意圖 1工作輥2支持輥 32行業(yè)材料 特點： 矯直輥從入口端到出口端逐漸加大上下輥間的距離 ，從而使被矯板材在矯直過程中的殘余曲率逐漸減小， 最后板材得以平整。 符合輥式轎直機的矯直原理，矯直質量較好。 設有送入輥和送出輥，輥數(shù)通常為717。 應用： 廣泛用于矯直厚度小于4mm的薄板，有時也用矯直 中板。 33行業(yè)材料 支持輥是分段式的。矯直時根據(jù)板材的浪彎或瓢曲的部 位不同，通過調整某列支持

15、輥，使工作輥的相應部位預先產(chǎn) 生撓度，有針對性地矯直板材的中部或邊部缺陷。 圖3.2-20 可調矯直輥撓度的矯直機示意圖 （3）可調矯直輥撓度的矯直機 34行業(yè)材料 用途 用來矯直各種斷面 的工字鋼、角鋼、槽鋼 及鋼軌等。 矯直輥類型 由輥軸和帶孔槽的 可拆輥套組合而成。 分類 懸臂式矯直機 閉式矯直機 2.型鋼矯直機 35行業(yè)材料 圖3.2-23 懸臂式矯直機示意圖 特點：操作、調整、維修和更換軸套等較方便，但兩支 持軸承受力不均。 應用：多用于矯直中小型鋼材 36行業(yè)材料 特點：兩端軸承受力均勻，機座剛性較好。但操作人員看 不到鋼材的矯直情況，給調整工作造成困難，并且更換輥 套時拆裝不便，

16、影響矯直機的效率。 應用：多用于矯直大型鋼材 圖3.2-24閉式矯直機示意圖 37行業(yè)材料 通常在入口和出口處設置一對立輥。其作用是引導鋼材 正確地進入矯直機并適當矯直鋼材的側彎。 型鋼矯直機輥數(shù)較少： 大型鋼材矯直機：79輥 中小型鋼材矯直機：711輥 38行業(yè)材料 上述上下工作輥軸線平行的輥式鋼板矯直機和輥式型鋼 矯直機，在矯直管、棒等圓形斷面軋件時存在兩個致命的缺 點： 第一，只能矯直圓材垂直于輥軸的縱向剖面上的彎曲； 第二，自轉現(xiàn)象使軋材產(chǎn)生嚴重的螺旋形彎曲（俗稱麻 花彎）。 因此，管棒材等圓形斷面軋件一般在上下軸線相交錯且 輥形為三維雙曲面的斜輥矯直機上矯直。 3. 斜輥矯直機 39

17、行業(yè)材料 又稱阿氏輥系，用于矯直管、棒材，其長輥為驅動輥、 短輥為壓彎輥 是阿氏輥系的演化，專用于管材的矯直 40行業(yè)材料 以輥形的凸凹變化實現(xiàn)對短圓材的矯直，還能矯直圓 材兩端和壓光圓材表面 典型的7輥輥系，在生產(chǎn)中大量使用，可以看作是兩種 原始形態(tài)的阿氏輥系（a）與（b）的綜合 41行業(yè)材料 輥系中兩端輥主要起壓扁矯直和圓整作用，中間輥保證 較長的塑性彎曲區(qū)，可獲得良好的表面質量和矯直質量。 輥系可以增大第3對輥處塑性彎曲區(qū)的長度，使這 種輥系可以真正成為管棒材兩用的矯直輥系 42行業(yè)材料 (g) 21-1(9) 輥系 輥系是9輥高速矯直輥系，入口端一對壓緊輥保證工 件快速咬入壓扁矯直。矯

18、直速度可達360m/min。 輥系為7輥式大直徑薄壁管矯直輥系，前后各用3個斜輥 按相隔120度環(huán)抱管材，既可以按三角壓扁方式起到矯直和 圓整作用，又可以利用中間輥進行三段的連續(xù)壓彎。 43行業(yè)材料 1、輥式矯直機的力能參數(shù) （1）矯直輥的壓力 各輥的壓力分布規(guī)律：從第1輥至第3輥壓力遞增； 從第n-2輥至第n輥（最后3輥）壓力遞減；中間各輥的壓 力相差不大；第3輥的壓力最大。 44行業(yè)材料 （2）輥式矯直機傳遞的功率 所傳遞的功率為： 式中 D：矯直輥直徑；v：矯直速度； ：傳動效率。 M1：使軋件產(chǎn)生塑性變形的矯直力矩；（各力矩的計算可 參考教材和設計手冊） M2：輥子沿軋件的滾動摩擦力矩

19、； M3：輥子軸承的摩擦力矩。 )342 . 3()( 102 12 )( 321 kW D v MMMN 45行業(yè)材料 矯直過程：使處于張力作用下的帶材，經(jīng)過彎曲輥劇 烈彎曲時產(chǎn)生彈塑性延伸變形，從而使三元形狀缺陷得以 消除，隨后再經(jīng)矯平輥將殘余曲率矯平。 1. 特點 （1）能消除帶材的瓢曲、邊緣浪形和鐮刀彎等三元形狀缺陷 ，從而提高矯直質量。 （2）退火后的帶材經(jīng)拉伸彎曲矯直后，其機械性能有所改善 。 （3）表面質量高。 （4）應用范圍廣。 （5）在酸洗機組中可作機械破磷裝置。當采用0.51.5%的延 伸率，可獲得良好的除磷效果，降低酸液的消耗，提高酸 洗速度。 46行業(yè)材料 2. 矯直原理 矯直時承