矯直機(jī)[行業(yè)特制]

1、矯直的必要性： 軋件在軋制、冷卻和運(yùn)輸過(guò)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(huì)產(chǎn)生翼緣內(nèi)并、外擴(kuò)和扭轉(zhuǎn)等；板材和帶材 則會(huì)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(jī)上進(jìn)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(dāng)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(dāng)外力去 除后，鋼材經(jīng)過(guò)彈性回復(fù)，然后達(dá)到平直。 根據(jù)矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，矯直機(jī)可以分為壓力矯直 機(jī)、輥式矯直機(jī)、管棒材矯直機(jī)、張力矯直機(jī)（拉伸矯 直機(jī)）及拉伸彎曲矯直機(jī)等類型。

2、8.1矯直機(jī)的類型 3行業(yè)材料 原理：軋件在活動(dòng)壓頭 和兩個(gè)固定支點(diǎn)間，利 用一次反彎的方法進(jìn)行 矯正。 應(yīng)用：用來(lái)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(jī)的補(bǔ)充 矯直。 缺點(diǎn)：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(jī) 4行業(yè)材料 原理：軋件多次通過(guò) 交錯(cuò)排列的轉(zhuǎn)動(dòng)著的輥 子，利用多次反復(fù)彎曲 而得到矯正。 特點(diǎn)：生產(chǎn)率高且易于 實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，在型鋼車 間和板帶車間獲得廣泛 應(yīng)用。 類型：類型較多 2、輥式矯直機(jī)(板材 、帶材、型鋼用) 5行業(yè)材料 （1）c圖為上輥單獨(dú)調(diào)整輥式矯直機(jī)，上排每個(gè)工作輥可 單獨(dú)調(diào)整，調(diào)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(jī)，如矯直型鋼和鋼管。 （2）d圖為上輥整體平行調(diào)整輥式矯直機(jī)，前后設(shè)有單獨(dú) 調(diào)整的上工作輥，主要起導(dǎo)向作用，以利于被矯鋼材的 導(dǎo)入和導(dǎo)出。多用于矯直厚度為4-12mm以上的鋼板。 （3）e圖為上輥整個(gè)傾斜調(diào)整輥式矯直機(jī)，這種調(diào)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(jī)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?jī)A斜調(diào)整的矯直機(jī)，這種調(diào)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(jī) 。這種矯直機(jī)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(shí)邊旋轉(zhuǎn) 邊前進(jìn)，從而獲得對(duì)軸線對(duì) 稱的形狀。 （2）h圖為313型輥式矯直機(jī) 。這種矯直機(jī)的設(shè)備重量輕 ，易于調(diào)整和維修，用于矯 直管、棒材時(shí)，效果很好 （3）i圖為偏心軸式矯直機(jī)， 用來(lái)矯直薄壁管。 3、管棒材矯直機(jī) 7行業(yè)材料 原理：對(duì)軋件施加超過(guò)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(jī)，一個(gè)夾鉗固定，一 個(gè)夾鉗可動(dòng)。由于單張矯 直，生產(chǎn)率低，端部會(huì)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(jī)，其用途如 教材。 4、拉伸矯直機(jī) 8行業(yè)材料 原理：當(dāng)帶材在小直徑輥?zhàn)由蠌澢鷷r(shí)，同時(shí)施加張力

5、， 使帶材產(chǎn)生彈塑性延伸，從而矯平。 特點(diǎn)：能耗小，矯直質(zhì)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(jī)組上進(jìn)行破鱗。 5、拉伸彎曲矯直機(jī) 9行業(yè)材料 矯直機(jī) 10行業(yè)材料 在壓力矯直機(jī)、輥矯直機(jī)及拉伸彎曲矯直機(jī)中，軋件 經(jīng)過(guò)彈塑性及彎后矯平的。為此，簡(jiǎn)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(guò)程 （1）三種彎曲變形 如下圖，在外負(fù)荷力矩作用下，軋件產(chǎn)生彎曲，凹面 受壓應(yīng)力，凸面受拉應(yīng)力，表面層應(yīng)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(yīng)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(fù)。 服從虎克定律。 E 13行業(yè)材料 彈塑性彎曲：表層應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限，產(chǎn)生塑性 變形，而中性層的應(yīng)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(fù)一部分。 純塑性彎曲（假想的彈塑性彎曲極限狀態(tài)）：整個(gè)材料 斷面的縱向纖維應(yīng)力都超過(guò)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(nèi)力矩作用下， 縱向纖維的變形只能恢復(fù)彈性變形部分。 14行業(yè)材料 （2）軋件的彈塑性彎曲 當(dāng)軋件在矯直彎曲變形時(shí)，軋件中同時(shí)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(fù)荷后的彈性恢復(fù)階段。 15行業(yè)材料 軋件彎曲過(guò)程可以用曲

7、率變化來(lái)說(shuō)明，主要使用以 下幾個(gè)曲率。 2、軋件彈塑性彎曲過(guò)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(fù)號(hào)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(qiáng)制彎曲后的 曲率稱為反彎曲率。在壓力矯直機(jī)和輥式矯直機(jī)上，反 彎曲率是通過(guò)矯直機(jī)的壓頭和輥?zhàn)拥膲合聛?lái)獲得的。反 彎曲率的選擇是決定軋件能否矯直的關(guān)鍵。軋件矯直的 實(shí)質(zhì)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(guò)彈性恢復(fù)而變直。反彎曲率的正負(fù)號(hào)與 原始曲率

8、相關(guān)，與原始曲率方向相同時(shí)符號(hào)相反，方向 相反時(shí)符號(hào)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(dāng)去除外負(fù)荷后，軋件在彈性內(nèi)力矩的 作用下，經(jīng)過(guò)彈復(fù)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(fù)曲率1/ ：彈性恢復(fù)階段，軋件彈性恢復(fù)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(dāng)?shù)耐饬?，使?彎曲率在

9、數(shù)值上等于彈復(fù)曲率。 矯直的基本原理：軋件的矯直彎曲變形過(guò)程分為彈塑 性彎曲變形和彈復(fù)變形兩個(gè)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(dāng)外力矩去除后，進(jìn)入 彈復(fù)階段。此時(shí)在軋件的彈性內(nèi)力矩的作用下，軋件彈 性恢復(fù)（彈復(fù)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(fù)曲率，則彈復(fù)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(shè)：矯直彎曲時(shí)，對(duì)軋件施加的外力矩等于其內(nèi)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(nèi)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(nèi) 的應(yīng)力值為金屬屈服強(qiáng)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(fù)曲率1/y與金屬的原始曲率1/r0和反彎曲率1/ 的關(guān)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(fù)曲率1/y隨著彎曲總曲率1/rc的增加而逐漸增大，且 彈復(fù)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(jī)的矯直原理 1. 小變形量矯直方案 矯直機(jī)上排工作輥每個(gè)輥?zhàn)泳蓡为?dú)進(jìn)行調(diào)整，且每個(gè)輥 子的壓下量調(diào)整原則為：進(jìn)入該輥的軋件經(jīng)過(guò)反彎和彈復(fù)之后 ，其最大原始曲率應(yīng)該完全消除。 每個(gè)輥?zhàn)拥膲合铝壳『媚艹C直前面相鄰輥?zhàn)犹幍淖畲髿堄?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(diǎn) (1) 優(yōu)點(diǎn)：總變形曲率小，矯直軋件時(shí)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(jìn)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(guò)同 一個(gè)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(jìn)一步矯直。 方案：在前幾個(gè)輥?zhàn)硬捎帽刃∽冃纬C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?zhàn)硬捎眯∽冃畏桨?，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(diǎn) （1）可以用較少的輥?zhàn)荧@得較好的矯直質(zhì)量； （2）由于過(guò)分增

13、大軋件的變形程度，使軋件內(nèi)部的 殘余應(yīng)力增加，影響了產(chǎn)品的質(zhì)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(jī) （1）平行輥列矯直機(jī) 下排輥?zhàn)庸潭ú粍?dòng)，上排輥?zhàn)涌梢哉{(diào)整 圖3.2-17 平行輥列矯直機(jī)示意圖 二、輥式矯直機(jī)的結(jié)構(gòu) 29行業(yè)材料 為了防止矯直輥在矯直過(guò)程中產(chǎn)生撓曲變形，在矯直輥 上設(shè)有支持輥，通常下工作輥和下支持輥固定不動(dòng)，上工作 輥和上支持輥可集體地在高度方向上調(diào)節(jié)。 圖3.2-18 具有支持輥的平行輥列矯直機(jī)示意圖 30行業(yè)材料 特點(diǎn)： 前后輥都具有相同的反彎曲率，板材從矯直機(jī)出來(lái)后具 有較大的殘余曲率。矯直質(zhì)量不高。 應(yīng)用： 矯直厚度為440mm 中厚板。

14、輥數(shù)：通常513，其中57個(gè)輥?zhàn)佑诔C直厚板。 31行業(yè)材料 （2）傾斜輥列矯直機(jī) 下排輥?zhàn)庸潭ú粍?dòng)，上排輥?zhàn)影惭b在可調(diào)整的上機(jī)架內(nèi) ，上排輥?zhàn)涌烧{(diào)整成與下排輥?zhàn)映梢粌A斜度。 圖3.2-19傾斜輥列矯直機(jī)示意圖 1工作輥2支持輥 32行業(yè)材料 特點(diǎn)： 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(guò)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(jī)的矯直原理，矯直質(zhì)量較好。 設(shè)有送入輥和送出輥，輥數(shù)通常為717。 應(yīng)用： 廣泛用于矯直厚度小于4mm的薄板，有時(shí)也用矯直 中板。 33行業(yè)材料 支持輥是分段式的。矯直時(shí)根據(jù)板材的浪彎或瓢曲的部 位不同，通過(guò)調(diào)整某列支持

15、輥，使工作輥的相應(yīng)部位預(yù)先產(chǎn) 生撓度，有針對(duì)性地矯直板材的中部或邊部缺陷。 圖3.2-20 可調(diào)矯直輥撓度的矯直機(jī)示意圖 （3）可調(diào)矯直輥撓度的矯直機(jī) 34行業(yè)材料 用途 用來(lái)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(jī) 閉式矯直機(jī) 2.型鋼矯直機(jī) 35行業(yè)材料 圖3.2-23 懸臂式矯直機(jī)示意圖 特點(diǎn)：操作、調(diào)整、維修和更換軸套等較方便，但兩支 持軸承受力不均。 應(yīng)用：多用于矯直中小型鋼材 36行業(yè)材料 特點(diǎn)：兩端軸承受力均勻，機(jī)座剛性較好。但操作人員看 不到鋼材的矯直情況，給調(diào)整工作造成困難，并且更換輥 套時(shí)拆裝不便，

16、影響矯直機(jī)的效率。 應(yīng)用：多用于矯直大型鋼材 圖3.2-24閉式矯直機(jī)示意圖 37行業(yè)材料 通常在入口和出口處設(shè)置一對(duì)立輥。其作用是引導(dǎo)鋼材 正確地進(jìn)入矯直機(jī)并適當(dāng)矯直鋼材的側(cè)彎。 型鋼矯直機(jī)輥數(shù)較少： 大型鋼材矯直機(jī)：79輥 中小型鋼材矯直機(jī)：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(jī)和輥式型鋼 矯直機(jī)，在矯直管、棒等圓形斷面軋件時(shí)存在兩個(gè)致命的缺 點(diǎn)： 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(zhuǎn)現(xiàn)象使軋材產(chǎn)生嚴(yán)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(cuò)且 輥形為三維雙曲面的斜輥矯直機(jī)上矯直。 3. 斜輥矯直機(jī) 39

17、行業(yè)材料 又稱阿氏輥系，用于矯直管、棒材，其長(zhǎng)輥為驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(zhǎng)的塑性彎曲區(qū)，可獲得良好的表面質(zhì)量和矯直質(zhì)量。 輥系可以增大第3對(duì)輥處塑性彎曲區(qū)的長(zhǎng)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(duì)壓緊輥保證工 件快速咬入壓扁矯直。矯

18、直速度可達(dá)360m/min。 輥系為7輥式大直徑薄壁管矯直輥系，前后各用3個(gè)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(jìn)行三段的連續(xù)壓彎。 43行業(yè)材料 1、輥式矯直機(jī)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(jī)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(dòng)效率。 M1：使軋件產(chǎn)生塑性變形的矯直力矩；（各力矩的計(jì)算可 參考教材和設(shè)計(jì)手冊(cè)） M2：輥?zhàn)友剀埣臐L動(dòng)摩擦力矩

19、； M3：輥?zhàn)虞S承的摩擦力矩。 )342 . 3()( 102 12 )( 321 kW D v MMMN 45行業(yè)材料 矯直過(guò)程：使處于張力作用下的帶材，經(jīng)過(guò)彎曲輥劇 烈彎曲時(shí)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(diǎn) （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(zhì)量。 （2）退火后的帶材經(jīng)拉伸彎曲矯直后，其機(jī)械性能有所改善 。 （3）表面質(zhì)量高。 （4）應(yīng)用范圍廣。 （5）在酸洗機(jī)組中可作機(jī)械破磷裝置。當(dāng)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(shí)承