拉彎矯直的原理

1、帶鋼拉伸彎曲矯直破鱗原理矯直原理板形簡述板形簡述 帶鋼的板形問題包括帶鋼的橫向厚差和帶鋼的平直度等兩個方面。板帶橫向厚差ht一般以軋件中部厚度hc與軋件邊部厚度he之差來表示,即 ht= hc- he 直觀上講，所謂帶鋼的平直度是指其翹曲程度，就其實質(zhì)而言，是指帶直觀上講，所謂帶鋼的平直度是指其翹曲程度，就其實質(zhì)而言，是指帶鋼內(nèi)部沿橫向殘余應(yīng)力的分布。板形的定量表示，即板形的表示方法，既是生產(chǎn)中衡量板形質(zhì)量的需要，也是研究板形問題和實現(xiàn)板形自動控制的前提條件。因此，人們依據(jù)各自不同的研究角度及不同的板形控制思想，采取不同的方式定量描述板形。 1-1 常見的表示方法主要為相對長度差表示法和波形表

2、示法。 (1)相對長度表示法: 將軋后翹曲的帶鋼裁成若干縱條并鋪平，則可清楚的看出橫向各點的不同延伸。一個比較簡單的方法就是取橫向上不同點的相對長度差L/L來表示板形。其中L是所取基準(zhǔn)點的軋后長度,L是其它點相對基準(zhǔn)點的軋后長度差。相對長度差也稱為板形指數(shù)。 = L/L1-2 (2)波形表示法 在翹曲的鋼板上測量相對長度來求出相對長度差 很不方便,所以人們采用更為直觀的方法,即以翹曲波形來表示板形，稱之為翹曲度。將帶材切取一段置于平臺之上，如將其最短縱條視為一直線，最長縱條視為一正弦波，如圖，則可將帶鋼的翹曲度表示為： =(R/L)*100% 1-3LR圖圖1-1 板形表示法板形表示法 另外,

3、根據(jù)參考文獻,可以得到和最長,最短縱條相對長度差之間的關(guān)系為: L/L=2 * 2/41-4 上式表明帶鋼波形可以作為相對長度差的代替量，因此只要測出帶鋼波形，就可以求出相對長度差。 基于帶鋼矯直的特點，在矯直中的板形問題主要是指平直度問題。它通常有如下幾類：雙邊浪，中浪，單邊浪，肋浪，L翹和C翹。 1）雙邊浪:這主要是因為冷軋過程中，負彎輥力過大，軋制力過高，軋輥凸度太小，工作輥和支承輥的磨損，軋輥發(fā)熱等因素造成兩邊延伸大于中部。 2）單邊浪:這是因為工作輥磨削時凸度曲線不對，有橫向差(直徑一頭大一頭小)出口卷取機軸承與支承間有間隙，使卷筒擺動，彎輥故障影響，液壓漏油等原因造成的帶材一邊延伸

4、較其他部分大。 3）中間浪:這是因為在軋制過程中軋制力過小，正彎太大，卷取張力過大彎輥給錯了，軋輥原始凸度不合理等因素造成中部延伸比邊部大而形成。 4）肋浪: 也稱“眼睛”，這是因為冷軋時由于各種原因造成局部延伸過大，位置既不在中間，也不在兩邊。板帶材中晶粒度的不均勻分布在壓力加工時也可能引起這種缺陷。這種板形缺陷很不好消除，這是平整所不希望見到的一種板形缺陷。 5）L翹 在軋制時由于各種原因，造成帶鋼上下表面的延伸不一致，從而使帶鋼沿長度方向呈現(xiàn)向上或是向下的翹曲，這種翹曲在實際矯直中很難消除 。 6）C翹: 帶鋼沿寬度方向呈現(xiàn)向上或是向下的翹曲。圖圖1-2 板形示意圖板形示意圖連續(xù)拉伸矯直

5、機組連續(xù)拉伸矯直機組 按矯直方式，板帶材矯直機可分為輥式矯直機、張力矯直機、連續(xù)張力按矯直方式，板帶材矯直機可分為輥式矯直機、張力矯直機、連續(xù)張力矯直機和連續(xù)拉彎矯直機等四類。這里介紹連續(xù)張力矯直機.Unit 2Unit 1圖圖1-3 連續(xù)拉矯機組示意圖連續(xù)拉矯機組示意圖3# B/R4# B/R 連續(xù)式矯直機的入口和出口均設(shè)有張力輥,帶鋼可以在較大的張力下進行更高速率的運行.需矯平的帶材在張力輥組施加的張力作用下，連續(xù)經(jīng)過上下交替布置的多組小直徑的彎曲輥劇烈彎曲，如圖1-3。 連續(xù)式拉伸彎曲矯直技術(shù)是在拉伸矯直和輥式矯直的基礎(chǔ)上問世的,發(fā)揮了兩種工藝的優(yōu)點,又打破了其局限性。具有以下特點： 1

6、)厚度2mm的板形缺陷，輥式矯直機很難使帶鋼矯平，特別是 0.5mm的帶鋼，在輥式矯直機上幾乎無法矯平。而（連續(xù)）張力矯正機對瓢曲也無能為力，拉彎矯直機則能消除帶材的瓢曲、邊浪和鐮刀彎等三維形狀缺陷。 帶材各條縱向纖維在拉伸和彎曲應(yīng)力的聯(lián)合作用下,沿長度方向產(chǎn)生了不同程度的塑性延伸，各條縱向纖維的長度趨向于一致，從而減小內(nèi)應(yīng)力的不均勻分布，由縱向纖維長度差造成的板形缺陷得以消除。其根本特點是在張力水平遠低于材料屈服極限的情況下（T=s /10- s /3）使帶材產(chǎn)生永久塑性延伸。 2) 彎曲輥組和矯平輥組均是從動輥，沒有驅(qū)動裝置，因而可與帶材同步運動，不會因打滑而擦傷表面。 3) 與輥式矯直機

7、相比，其結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，維修方便，操作容易。 4) (連續(xù))張力矯正機矯正帶材時，帶材必須受到超過s的拉伸，才能產(chǎn)生殘余變形，對寬厚度較大的帶材，勢必付出張力所需的能量，功耗大，易拉斷s=b的帶材。與此相反，拉伸彎曲矯直機組中帶材的張應(yīng)力小得多，不會斷帶，也不會影響帶材質(zhì)量，能耗比拉伸矯直機要小得多。 5) 在酸洗機組中作為機械破鱗裝置。通過對熱軋來料的拉彎矯直處理，不但能改善板形，同時可獲得有效的破鱗效果，從而降低酸液消耗并顯著提高整個酸洗線的生產(chǎn)效率及帶鋼質(zhì)量。 6) 帶鋼退火后進入拉伸彎曲矯直，獲得相應(yīng)的延伸，減小或消除退火屈服平臺（即屈服點延伸Yield Point Elongati

8、on），機械性能和板形有了明顯改善，其某些性能的改善超過冷平整的效果。 7) 用于熱鍍鋅機組，可以使鋅花更細致，鍍層更均勻。 8) 適用于幾乎所有的帶材加工作業(yè)線和各種金屬材料,矯正厚度范圍廣,尤其是厚度=0.12mm的薄帶效果更好,而且矯直速度高，一般工作速度為30700 m/min，最大可達1000 m/min。張力輥輥及其傳動系統(tǒng)張力輥輥及其傳動系統(tǒng) 張力輥組負責(zé)提供矯直所需的張力,它由入口張力輥組和出口張力輥組組成。兩個輥組都是驅(qū)動的，但出口張力輥組的線速度高于入口張力輥組.張力輥組常采用四輥式,即入口和出口輥組各由四個張力輥組成.由于帶材以“S”形經(jīng)過這些輥子傳導(dǎo)出來,所以又稱四輥式

9、“S”輥組. 目前張力輥組常用的傳動系統(tǒng)主要有集中傳動與單獨傳動兩大類.在張力輥組的集中傳動方式中,前后張力輥組中的各個張力輥通過齒輪箱、行星齒輪差動機構(gòu)由一臺主傳動電機集體驅(qū)動，并由差動調(diào)速裝置產(chǎn)生帶材矯平所需的延伸率。單獨傳動是指入口和出口張力輥組中每個張力輥組都單獨由直流電機或交流變頻電機傳動。拉伸彎曲矯直原理拉伸彎曲矯直原理 半形缺陷的產(chǎn)生機理一般認(rèn)為板形缺陷來源于帶鋼橫截面上各點沿軋制板形缺陷的產(chǎn)生機理一般認(rèn)為板形缺陷來源于帶鋼橫截面上各點沿軋制方向的延伸不相同，延伸較大的部分被迫受壓，而延伸較小的部分則被迫受拉。拉伸作用不會引起板形問題，但是當(dāng)壓縮應(yīng)力超過一定的臨界值時，該部分板材

10、將產(chǎn)生不同形式的屈曲，邊部延伸大就產(chǎn)生邊浪，中部延伸大就產(chǎn)生中浪，浪形產(chǎn)生的部位取決于帶鋼局部延伸量偏大處。 連續(xù)拉彎矯直機的原理是彈塑性拉彎矯直理論。帶材在軋制及平整工序中由于不均勻延伸使內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)其值達到一定程度時，會造成板形的瓢曲或浪形，拉彎矯直機改善板形正是利用了內(nèi)應(yīng)力的存在。 需矯平的帶材在張力輥組施加的張力作用下,連續(xù)經(jīng)過上下交替布置的多組小直徑的彎曲輥劇烈彎曲,如圖1-4。 圖圖1-4 連續(xù)拉伸彎曲矯直機示意圖連續(xù)拉伸彎曲矯直機示意圖1入口張力輥；入口張力輥； 2導(dǎo)向輥；導(dǎo)向輥；3預(yù)彎矯直輥；預(yù)彎矯直輥；4抗橫彎矯直輥；抗橫彎矯直輥；5抗縱彎矯直輥；抗縱彎矯直輥； 6導(dǎo)向輥

11、；導(dǎo)向輥；7出口張力輥出口張力輥1#延伸2#延伸1#反彎 在Scale Breaker中,Breaking Unit有延伸帶鋼作用，LevelingUnit起矯直帶鋼作用在這里把BreakingUnit 當(dāng)作延伸，LevelingUnit當(dāng)作反彎帶鋼矯直處理原則(1)帶通過拉矯后板形會發(fā)生顯著的變化，通過控制相關(guān)工藝參數(shù)的設(shè)置可以達到改善板形、消除翹曲的目的，不同的輥子切入量搭配方案將產(chǎn)生不同的帶鋼翹曲結(jié)果。(2) 延伸輥組的輥徑較小，因而，在切入量不大時即可使帶材產(chǎn)生較大的延伸。延伸輥組主要是消除來料板帶的浪形。平直的帶鋼經(jīng)過1# 延伸以后，產(chǎn)生下L翹和下C翹，經(jīng)過1# 延伸和2# 延伸以后

12、，同樣產(chǎn)生下L翹和下C翹，必須通過后續(xù)反彎輥組消除這種缺陷。結(jié)論 拉伸彎曲矯直的根本特點是在張應(yīng)力水平遠低于材料屈服極限的情況下(T=s /10- s /3)使帶材產(chǎn)生了塑性延伸.金屬帶材拉伸彎曲矯直的主要問題有以下三個：(1)確定矯直不良板形所需要的帶材延伸率。(2)確定實現(xiàn)上述延伸率所需要的張力和矯正輥的半徑和數(shù)量。(3)對工藝參數(shù)進行合理的調(diào)整，消除反復(fù)彎曲之后帶材產(chǎn)生的縱向卷曲(Curl)和橫向卷曲(Gutter)。 應(yīng)力與應(yīng)變分析應(yīng)力與應(yīng)變分析 資料表明:彈塑性體在彎曲和彈復(fù)的全過程中,中性面都移向受壓縮的一側(cè),帶材的幾何中間面被拉伸,在反復(fù)彎曲過程中，其延伸率可以用疊加法計算。 圖

13、圖1-5 拉伸彎曲應(yīng)變和應(yīng)力分布拉伸彎曲應(yīng)變和應(yīng)力分布 圖1- 給出了帶材在兩次拉伸彎曲過程中的應(yīng)力和應(yīng)變分布.明確地表示了中性軸相對于中間軸的偏移 .中心層發(fā)生了相對移動，也即是中心層發(fā)生了塑性流動（即原始中心層的應(yīng)力必須超過材料的屈服應(yīng)力s）才能達到改善板形的作用包角包角圖圖1-6 包角示意圖包角示意圖包角的示意圖如下:222221)()(2()2()2(2cosHdpHdtdttHdHpp其中：t為帶鋼的厚度；p為彎曲輥的間距；H為輥子的相對交錯量。關(guān)于包角根據(jù)幾何關(guān)系可以得到: 上式中當(dāng)輥子直徑不一樣時： 在入口和出口輥子上： 。在交錯布置的其他中間輥子上： 。2/ )(21ddd21

14、-5圖圖1-7 Elongation與與Intermesh之間關(guān)系之間關(guān)系 Elongation與與Intermesh之間關(guān)系之間關(guān)系 無論帶材為何種材料,帶材延伸率與帶材的前張力成直線的正比關(guān)系;為了消除帶材的“馬鞍形”板形缺陷在矯直機的后部需要增加一組直徑逐漸增大的輥子用于最后的矯直。 板形好的帶材可能需要0.5%的帶材延伸率;一般的板形需要的帶材延伸率可達到1%；而板形嚴(yán)重的帶材所需要延伸率可達到1.5%；不論帶材強度高低,帶材的延伸率與帶材的前張力成直線關(guān)系;在帶材延伸率不變的情況下，隨著矯直輥直徑的增加帶材的張力增加 . 為了控制對強度性能和時效的影響，就低合金鋼而言延伸率可達到2%

15、。對機械除磷而言帶材的延伸率0.51.0%是足夠的。 1)拉伸彎曲矯直機組對改善板形和破鱗都有很好的效果，是目前薄板帶矯正的最好方法。 2)只有帶材的中心層發(fā)生了塑性流動(即原始中心層的應(yīng)力必須超過材料的屈服應(yīng)力s )才能真正達到改善板形的作用。 3)影響矯直后帶材板形的因素有來料板形、板帶厚度,各輥的切入深度,輥徑,張力的大小及延伸率等,尤其是各輥的切入深度的影響較大。 結(jié)論結(jié)論破鱗原理帶鋼拉伸彎曲矯直破鱗原理氧化鐵皮的破壞形式氧化鐵皮的破壞形式壓應(yīng)力作用下的破壞形式 考慮一個性質(zhì)均一的氧化鐵皮在外載迅速作用下的破壞形式，此時可忽略蠕變的作用，而這時氧化鐵皮在外力作用下的失效形式通常為形成貫

16、穿氧化物的裂紋(源于原本存在的微裂紋).對于受側(cè)向壓縮作用的氧化物，其破壞取決于沿氧化物與金屬界面方向或平行于此方向裂紋的增長。 資料表明,氧化物受壓時的剝落可通過兩個過程產(chǎn)生,通過哪一過程則取決于氧化鐵皮自身強度及其與基體界面結(jié)合強度之間的關(guān)系。當(dāng)界面牢固而氧化鐵皮脆弱時為圖2-1中的路徑1，反之當(dāng)氧化鐵皮與基體界面的結(jié)合強度相對較小時，剝落通過路徑2產(chǎn)生。圖圖2- 1壓應(yīng)力作用下的破壞形式壓應(yīng)力作用下的破壞形式拉應(yīng)力作用下的破壞形式 氧化物在受到拉應(yīng)力作用時，由于應(yīng)力只能通過金屬基體傳給氧化鐵皮，因此如果基體自身的應(yīng)變已超過屈服應(yīng)變，此時氧化鐵皮將不能被施加更大的應(yīng)力，當(dāng)金屬基體的應(yīng)變繼續(xù)

17、增加時，氧化物將變成一個個“孤島”，但其并不剝落，如圖2-2所示。圖圖2-2 拉應(yīng)力作用下的破壞形式拉應(yīng)力作用下的破壞形式拉矯機工藝參數(shù)對破鱗的影響與控制拉矯機工藝參數(shù)對破鱗的影響與控制拉矯破鱗工作原理 利用鐵基體與氧化鐵皮覆層材料性能的巨大差異，采用機械方法反復(fù)彎曲，基體材料受力后產(chǎn)生一定的彈塑性變形,表面氧化鐵皮則由一于不具有塑性且破均強度較低,同時與鐵基體附著力差,這樣當(dāng)氧化鐵皮不能適應(yīng)金屬形狀變化而引起的內(nèi)應(yīng)力大于其破壞強度時,它便要破裂。帶材在經(jīng)過彎曲輥時上下表面處于不同的應(yīng)力狀態(tài)，最終產(chǎn)生不同形式的氧化鐵皮剝落，這就是拉矯機破鱗的原理所在。延伸率的影響 用拉矯機進行機械除鱗處理時，

18、若使帶鋼產(chǎn)生一定的延伸率，則對以后的酸洗效舞有很大影響。因為帶鋼酸洗速度的快慢直接取決于帶鋼表面氧化鐵皮的破碎程度，而一般隨延伸率的增大，帶鋼表面的氧化鐵皮側(cè)碎程度會增加，因此破鱗效果也就越好，除鱗速度也越高。但這一趨勢卻不是一直有郊的，盡管對飽和點的位置還有不同看法,但形成共識的卻是酸洗速度將隨著延伸率的提高到某一值時趨于飽和，即超過這一點后破鱗效果將不再隨延伸率的增大而再有明顯的己善。資料提出除鱗速度的上升，當(dāng)延伸率達到約1%時出現(xiàn)了大致飽和的傾向。延伸率的設(shè)定 拉矯機工作狀況的好壞不取決于設(shè)定延伸率的高低，如本文前面所述。延伸率設(shè)定為1%時，實際破鱗效果已達最佳，而帶鋼矯平的延伸率還不到

19、1%。相反過大的延伸率反而會產(chǎn)生以下副作用: 1)由于延伸率沿帶鋼橫截面分布的不均以及帶鋼本身對延伸率差的敏感性，過大的延伸率不僅無助于破鱗效果的改善，反而會引起失衡的不均勻變形和局部瓢曲，使板形反趨惡化，同時帶鋼晶粒變得粗糙，表面出現(xiàn)滑移線; 2)設(shè)定延伸率的升高將直接導(dǎo)致機組斷帶率的升高，這將對連續(xù)化大生產(chǎn)造成不利的影響，而這一點對于日益發(fā)展的酸洗一軋機聯(lián)機操作來說更是致命威脅; 3)給機組運行帶來不必要的負擔(dān)，造成傳動系統(tǒng)負荷增加及能源浪費。帶鋼最終所能獲得的實際延伸率將受機組設(shè)備條件(如電機功率、彎曲輥徑)所限，并不是設(shè)定值愈高，帶鋼就一定能獲得更高的延伸率。 理論分析表明，彎曲和張力

20、的增大都將有利于帶鋼的延伸;考慮到酸洗拉矯機破鱗的特殊要求,張力一般不能太大(源于張力對塑性鐓粗的遏制作用)，張力的增大將容易引起帶鋼打滑而對設(shè)備安全構(gòu)成威脅，因此酸洗拉矯機的理想工藝情況應(yīng)該是小張力大彎曲。但彎曲的增大也不能隨心所欲，一方面要考慮對材料加工硬化的影響，另一方面受設(shè)備自身條件所限，彎曲輥輥徑不可能做的太小。輥子太細會帶來磨損快、撓度大以及受軸承位置限制等問題，甚至有可能斷輥,另外彎曲的增大也意味著能耗的增大。因此設(shè)置工藝時應(yīng)協(xié)調(diào)好壓下深度和張力的關(guān)系，盡可能利用彎曲對帶鋼延伸的貢獻，以求得能耗與工作效率之間的平衡。彎曲程度和張力的關(guān)系拉伸和彎曲對破鱗的影響 帶鋼同一延伸率的獲得既可在大張力小彎曲下實現(xiàn)，亦可在小張力大彎曲下實現(xiàn),但究竟哪種工藝對破鱗更有利，這里面牽涉的問題便是拉伸以及彎曲作用對帶鋼破鱗效果的影響。一般說來，是否有利于氧化鐵皮的破碎以及氧化鐵皮的破碎程度是衡量破鱗效果好壞的唯一標(biāo)準(zhǔn)?；谶@一觀點，可以認(rèn)為帶鋼彎曲程度增加對破鱗效果的改善作用要優(yōu)于拉伸作用的增加: 1)由于氧化鐵皮處于經(jīng)常受壓應(yīng)力狀態(tài)下，因此增加壓縮作用要比增加拉伸作用更有利于氧化鐵皮的破碎; 2)壓縮作用導(dǎo)致氧化鐵皮結(jié)構(gòu)疏松直至破碎，而氧化鐵皮硬度的下降直接導(dǎo)致其與鐵基體附著力的下降從