《軋制成形設(shè)備》課件：第8章-1

第8章矯直機矯直的必要性：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(nèi)并、外擴和扭轉(zhuǎn)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(jìn)行矯直。課外閱讀資料：矯直原理與矯直機械（第二版）作者:崔甫著2005年04月第2版冶金工業(yè)出版社

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)過彈性回復(fù)，然后達(dá)到平直。根據(jù)矯直機的結(jié)構(gòu)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。8.1矯直機的類型原理：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(jìn)行矯正。應(yīng)用：用來矯正大型鋼梁、鋼軌和大直徑（大于φ200~300mm）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

原理：軋件多次通過交錯排列的轉(zhuǎn)動著的輥子，利用多次反復(fù)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(yīng)用。類型：類型較多2、輥式矯直機(板材、帶材、型鋼用)（1）c圖為上輥單獨調(diào)整輥式矯直機，上排每個工作輥可單獨調(diào)整，調(diào)整方式比較靈活。多用于輥數(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(diào)整輥式矯直機，前后設(shè)有單獨調(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圖為上輥整個傾斜調(diào)整輥式矯直機，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(diào)整的矯直機，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。（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。管棒材在矯直時邊旋轉(zhuǎn)邊前進(jìn)，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(shè)備重量輕，易于調(diào)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、拉伸矯直機原理：當(dāng)帶材在小直徑輥子上彎曲時，同時施加張力，使帶材產(chǎn)生彈塑性延伸，從而矯平。特點：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。也可用在酸洗機組上進(jìn)行破鱗。5、拉伸彎曲矯直機矯直機8.2彈塑性彎曲的基本概念及軋件的反彎矯直

在壓力矯直機、輥式矯直機及拉伸彎曲矯直機中，軋件經(jīng)過彈塑性反彎后矯平的。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(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，①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，材料的變形能夠全部彈性恢復(fù)。服從虎克定律。彈塑性彎曲：表層應(yīng)力超過材料的屈服極限，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)）：整個材料斷面的縱向纖維應(yīng)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(nèi)力矩作用下，縱向纖維的變形只能恢復(fù)彈性變形部分。

當(dāng)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(fù)荷后的彈性恢復(fù)階段。（2）軋件的彈塑性彎曲軋件彎曲過程可以用曲率變化來說明，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(fù)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。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(guān)鍵。軋件矯直的實質(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)過彈性恢復(fù)而變直。

反彎曲率的正負(fù)號與原始曲率相關(guān)，與原始曲率方向相同時符號相反，方向相反時符號相同。（2）反彎曲率1/（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/rc＝1/r0＋1/（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)過彈復(fù)后所具有的曲率稱為殘余曲率。如果1/r＝0，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）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兀狗磸澢试跀?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程分為彈塑性彎曲變形和彈復(fù)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(dāng)外力矩去除后，進(jìn)入彈復(fù)階段。此時在軋件的彈性內(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、軋件矯直基本原理三、軋件彎曲時的彎曲力矩假設(shè)：矯直彎曲時，對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)力值為金屬屈服強度s

。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)四、彈復(fù)曲率彈復(fù)曲率1/y與金屬的原始曲率1/r0和反彎曲率1/的關(guān)系式中：E：金屬的彈性模數(shù)J：金屬的截面慣性矩彈復(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