拉矯機設計原理

1、關鍵詞】拉拉伸彎曲矯直機 張力 延伸率1 前言拉伸彎曲矯直機組（簡稱“拉矯機”）是為適應帶材高要求的平直度需要發(fā)展起來的 一種新型矯直設備，它綜合了輥式矯直機和拉伸矯直機的優(yōu)點，它的工作特點是在張力輥 拉伸和彎曲輥連續(xù)交替反復彎曲的聯(lián)合作用下使帶材產(chǎn)生塑性延伸而獲得板帶矯直，它能 消除帶材的瓢曲、邊緣浪形和鐮刀彎等三元形狀缺陷，明顯提高了板形質(zhì)量。2 拉矯機原理2.1 輥式矯直的原理板材在輥式矯直機上矯直時，板材是在矯直輥的壓力作用下發(fā)生純彎曲彈塑性變形， 其中性層即零應力軸線仍然是矩形截面的幾何軸線。2.2 張力矯直的原理帶材在連續(xù)張力機上矯直時，在張力輥的張力作用下，橫截面產(chǎn)生均勻的拉伸應

2、力， 而獲得均勻的塑性伸長。2.3 拉伸彎曲矯直的原理連續(xù)拉伸彎曲矯直機綜合了連續(xù)張力矯直機與輥式矯直機的特點，其是在張力輥的拉 伸和彎曲輥連續(xù)交替反復彎曲的聯(lián)合作用下使帶材產(chǎn)生塑性延伸而獲得矯直的工藝過程。矯直過程是使處于張力作用下的帶材，經(jīng)過彎曲輥劇烈彎曲時，帶材由于彎曲應力和拉伸 應力的聯(lián)合作用產(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)矯直輥將 殘余曲率矯平。彎曲輥的作用使得帶鋼單面受到塑性延伸變形，并且造成整個橫截面上的應力不均， 根據(jù)這種變形原理，帶張力的帶鋼至少要通過兩個彎曲輥，進行整個板面均勻的延伸，再 經(jīng)過一個矯直輥，對殘余應力進行重新分布均衡。為了適應不同厚度帶

3、鋼的矯直需要，要 設置兩組彎曲 - 矯直輥。3 拉矯機的結構拉矯機由張力輥組與拉伸彎曲機座組成，據(jù)不同的工藝要求和現(xiàn)場條件，這兩組有多 種形式。3.1 拉伸彎曲機座拉彎矯直機座使帶材產(chǎn)生拉伸彎曲變形，由彎曲輥單元與矯直輥單元組成，彎曲輥由 兩個或多個小直徑的彎曲輥，它使帶材在張力作用下，經(jīng)過劇烈的反復彎曲變形，導致帶 材產(chǎn)生塑性延伸，以達到工藝要求的延伸率。彎曲輥機座的結構，要據(jù)工藝要求進行合理確定結構形式，工藝設備結構滿足工藝要 求使用性能，應用方便合理，設備制造工藝能達到設備要求性能。3.1.1 彎曲輥單元彎曲輥的作用： 彎曲輥用做產(chǎn)生彎曲應力并在拉伸應力的聯(lián)合作用下產(chǎn)生彈塑性延伸， 實現(xiàn)

4、鋼帶的塑性延伸，因為彎曲輥的彎曲應力在帶鋼的橫截面上呈方向性，在單側實現(xiàn)的 塑性延伸，為達到兩側的變形均勻，必須采用方向相反的兩個彎曲輥，彎曲輥用以實現(xiàn)帶 鋼的塑性延伸，消除帶材的三元缺陷。彎曲輥的型式很多，根據(jù)需要選擇各種彎曲輥結構組成形式，以達到校正不同種類帶 鋼的目的。3.1.1.1 彎曲輥結構彎曲輥組成類型：多支撐輥系型、V型浮動輥型、丫型浮動輥型等結構形式組成，一般 的根據(jù)帶鋼的厚度進行結構形式的選擇，矯直一般薄帶鋼時選用多支撐輥系型，并根據(jù)校 平帶鋼厚度范圍要求，選擇單彎或雙彎結構。矯平高強度帶材或極薄帶材時，選用V型浮動輥型或丫型浮動輥型的結構形式，對于 AKC鋼經(jīng)過二次冷軋后在

5、冷硬狀態(tài)下進行矯直， (T b>560MPa(T s>530MPa對于因瓦合金則屈服極限更高，選用浮動輥型。彎曲輥的布置形式：多排彎曲輥形式，多排彎曲輥形式彎曲輥直徑較大，通常用于矯直屈服極限較低的帶材，如(7 s= 300350MPa根據(jù)帶材要求厚度范圍，選用單彎或雙彎成對布置形式，彎曲輥的調(diào)整結構：彎曲輥調(diào)整壓下深度，以調(diào)整彎曲輥上的包角，實現(xiàn)延伸率的控 制。彎曲輥的調(diào)整結構的結構形式、工作原理、功能實現(xiàn)、性能特點要適應于工藝要求， 能便利實現(xiàn)工藝性能，達到功能實現(xiàn)保證質(zhì)量需要。彎曲輥機座的自動傾斜控制，整個機座可傾斜± 10°。以此改變帶鋼的出口角度，實

6、現(xiàn)拉伸量調(diào)節(jié)并消除橫向彎曲。出口順導輥順導輥直徑大約為200mm3.1.1.2 彎曲輥工藝技術參數(shù)彎曲輥直徑：彎曲輥直徑，與帶材厚度及帶材的屈伏限有關，采用小直徑彎曲輥時， 不僅矯正效果好，而且還能相應的減小帶材單位張力。但輥子直徑過小，將使輥子轉速增 加，輥子磨損加大而降低使用壽命；相應的剛性減小，降低矯正質(zhì)量，應有提高剛性的措 施。資料表明：a型式彎曲輥推薦彎曲輥最小直徑為 30mm帶材厚度增加時輥子直徑相應 增加。浮動輥形式多用于矯正極薄的高強度帶材，因帶材的彎曲半徑和輥子半徑相近，減 小輥子直徑對矯正質(zhì)量影響很大，其直徑最小可達620mm帶材越薄，材料屈服極限越高， 則輥徑應該越小。

7、屈服極限對彎曲輥直徑選擇的影響： 材料屈服極限越高， 則輥徑應越小。3.1.2 矯直輥單元矯直輥的作用：矯直輥用以完成彎曲校正帶材上的殘余應力，使應力分布均勻，改善 帶材上的應力分布結構，在帶材橫截面上平衡對稱（沿縱向及橫向） 。矯直輥由一個或幾個矯直輥組成，用以將劇烈彎曲后的帶材矯平。矯直輥的形式有多種，有的采用大輥矯直，有的主張采用小輥矯直，有的布置為輥式 矯直機的方式，有的布置為彎曲輥方式等，根據(jù)現(xiàn)有的研究表明：歐美多采用大輥方式， 而德國希望為小輥模式，在這些理論研究中國內(nèi)接觸很少，對矯直輥的作用機理還沒有深 入的了解和認識。最終板形的質(zhì)量影響是看矯直的效果，即是最終在鋼板上的應力分布

8、。矯直輥將彎曲輥劇烈彎曲矯直的帶材上的殘余應力在張力拉伸和小包角的聯(lián)合作用下 消除。矯直輥上的包角較小在整個帶材斷面上有相同的延伸，以便將帶材上的微小殘余應 力消除保證帶材具有高度的平直度矯直輥系有相應的順導輥、矯直輥組、出口導向輥等。3.2 張力輥組張力輥組一般由入口和出口呈 S 形分布的張力輥組成， 作用是使帶材產(chǎn)生一定的張力， 后張力輥組的線速度高于前張力輥組，帶鋼的張力是由線速度差產(chǎn)生的。入口張力輥的作 用是提高入口段張力，使帶鋼達到拉伸所需的拉伸力；出口張力輥的作用是使帶鋼張力降 低到輸出值。張力輥的數(shù)目及布置形式?jīng)Q定于帶材拉彎所需的最大拉伸力和工藝現(xiàn)場條件。3.2.1 張力輥的直徑

9、確定張力輥直徑的原則是帶材在張力輥上應保持彈性變形，主要據(jù)不同帶厚條件進行 相應的計算確定。張力輥直徑計算公式為D=hE/c sh 帶材厚度，E帶材彈性模量，c s 帶材屈伏限。此公式計算出張力輥直徑往往過大，實際選定張力輥直徑時允許帶材在輥子有少量的 彈塑性彎曲變形，一般輥徑在 5001500mn范圍內(nèi)，據(jù)帶材不同厚度合理選用。3.2.2 張力輥的數(shù)量張力輥的數(shù)量主要取決于矯直帶材時所需的張力值，張力輥依靠輥面與帶材的摩擦力傳遞張力，所傳遞的張力值與輥面摩擦系數(shù)及帶材對張力輥的包角有關。張力計算公式有T2=T1efaf -帶材與輥面的摩擦系數(shù)，a-帶材在輥上包角總和，a為弧度值，取實際包角，

10、e自然對數(shù)的底e = 2.718。實際使用的是由于金屬彈性變形實際包角a'小于理論包角a,理論包角乘以0.80.9換算成實際包角a'。一般理論計算包角a為450°時，實際包角a'為（0.80.9 ）a = 360405°,則弧度值a=6.2837.06858。對于鋼輥子與帶鋼的摩擦系數(shù) f取0.15 0.18，對于包膠輥f取0.180.28，當表面橡膠磨光后，摩擦系數(shù)f應比原有數(shù)值降低50% 左右。經(jīng)驗選取摩擦系數(shù)的取值，進行擴大系數(shù)的計算。摩擦張力輥的張力由入口張力和出口張力組成，張力是由帶鋼與輥子間的摩擦力形成的，出入口之間的張力關系為張力擴大系

11、數(shù) ef a',從上式看張力差只與摩擦系數(shù)f、實際 包角a'有關，但是擴大系數(shù)的實現(xiàn)要靠張力輥電機提供出相應的傳動力矩，傳動力矩過 小實現(xiàn)不了這個擴大系數(shù)，傳動力矩過大則產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。張力輥外端的小張力由此張力 輥系統(tǒng)外的張力設備提供；必須由此外加張力實現(xiàn)在張力輥上的壓應力來產(chǎn)生摩擦力，這 個外張力增大張力輥提供的張力也相應增大，此外壓應力應在運行時保持穩(wěn)定。電動機的力矩M=2T2（efa' -1）/D （電動機狀態(tài)T 1>T2）張力輥擴大張力為T2（ef a'-1），電動機的功率計算為：N=Mn/（9550耳）M-張力輥上傳動力矩,n mn 張力輥的轉速

12、r/min ；n張力輥上的傳動效率（包括電機效率），取n= 0.8。3.2.3 張力輥的布置形式張力輥的布置形式有多種，工藝要求使得工藝設備選型不一，則工藝設備布置位置也 不一致，工藝設備結構及張力輥的布置形式也會不一樣。一般有兩輥式和四輥式。4. 拉矯機在實際中的應用1700mn拉伸彎曲矯直機組為例。4.1 拉矯機的參數(shù)4.1.1 拉矯機基本工藝參數(shù)工藝速度：Max220m/min穿帶速度：30m/min；機組設計延伸率：Max.3%;開卷張力:20kN；卷取張力：40kN;拉矯段張力：w 210kN;機組長度：40m機組標高：900mm機組產(chǎn)量：30萬噸/年；矯直鋼帶規(guī)格：0.15 1.5

13、mmx 800- 1580mm4.1.2 延伸率工藝控制要求延伸率控制對拉伸彎曲矯直機矯正板形有很大影響，帶材延伸率的變化范圍一般在0.5 %3%。通常的帶材材質(zhì)為普通碳鋼，延伸率一般選取在0.8 %1.5 %范圍內(nèi)。4.2 應用效果和存在的問題拉矯機組未投產(chǎn)之前，曾經(jīng)因為帶材存在浪形、瓢曲等缺陷而造成產(chǎn)品質(zhì)量降級，影 響正常銷售。拉矯機投入使用之后，通過設定合理的延伸率和彎曲輥的壓下量及出入口張力，帶材的邊浪和中間浪得到了明顯矯直平整?，F(xiàn)以0.6 xi150mmSPC（鋼岡帶為例，對拉矯機的使用效果做一說明。生產(chǎn)0.6 xi150mnSPC（鋼岡帶，設定延伸率為0.5%,第一彎曲輥壓下深度為 6.5mm第 二彎曲輥壓下深度為4.5mm矯直輥的壓下深度為3.2mm和2.5mm入口張力設定為28.5kN , 出口張力設定為40.5kN。生產(chǎn)中根據(jù)出口帶材的平直度對矯直機的壓下量進行微調(diào)整，使 帶材的平直度達到最佳。使用拉矯機前后帶材的平直度對比情況如圖 1 所示：由圖 1 可以看出， 使用拉矯機之后， 帶材的平直度得到了明顯改善， 浪形由原來的 15I 降低到 4I 。對較薄規(guī)格的帶材，拉矯機的使用效果會更加明顯。但是，拉矯機對于退火料的拉伸 矯直，板形的平直度雖然得到改善，但板形表面易出現(xiàn)拉矯紋，在延伸率大于 0.