十五輥組合矯直機(jī)輥系參數(shù)優(yōu)化研究

十五輥組合矯直機(jī)輥系參數(shù)優(yōu)化研究

直機(jī)是中厚板生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備，在消除彎曲和彎曲過程中產(chǎn)生的軸和波缺陷后，確保板的平整精度，消除剩余應(yīng)力，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和用戶要求。隨著鋼結(jié)構(gòu)、造船、石油等行業(yè)的發(fā)展，用戶對(duì)彎曲和彎曲后的剩余力和剛度的精度有更高的要求。圓弧混直機(jī)用作圓弧混直機(jī)，將正火或回火管理后，用于直接燒后的不規(guī)則鋼板。作為中厚板直直機(jī)的重要分支，不同的制造廠有不同的形狀。15kg自適應(yīng)輥直機(jī)主要設(shè)計(jì)為高強(qiáng)度冷板，可以提高自適應(yīng)機(jī)的自直精度，擴(kuò)大自適應(yīng)板的材料強(qiáng)度范圍。本文通過對(duì)影響矯直壓下量的參數(shù)分析基礎(chǔ)上,研究了組合矯直機(jī)輥系參數(shù)和矯直方案,對(duì)中厚板組合矯直機(jī)設(shè)計(jì)和矯直工藝確定具有指導(dǎo)意義.1變輥距變輥徑組合矯直機(jī)在矯直材料的范圍確定的情況下,矯直機(jī)的輥距在一定范圍內(nèi)選取,不能過大,則被矯板材塑性變形小,不能保證矯直質(zhì)量;不能過小,矯直力增大,輥系承載能力下降,接軸承載能力下降,設(shè)備容易破壞.因此,一定輥系參數(shù)的矯直機(jī)其矯直范圍是一定的,并且隨著板材的屈服強(qiáng)度提高,矯直范圍指標(biāo)(板材最大矯直厚度/最小矯直厚度)降低.在被矯板材屈服強(qiáng)度為600MPa時(shí),矯直板材最大矯直厚度/最小矯直厚度約為3∶1.為設(shè)備節(jié)約投資,變輥距變輥徑組合矯直機(jī)是合理的選擇.在設(shè)計(jì)變輥距變輥徑矯直機(jī)時(shí),輥系參數(shù)的選取是設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵.不銹鋼熱處理用十五輥組合矯直機(jī)輥系參數(shù)如圖1所示,工作輥系由8個(gè)小直徑輥、6個(gè)大直徑輥和1個(gè)中間過渡輥組成.工作輥系下排工作輥前4個(gè)可整體微量調(diào)整,可根據(jù)不同板厚采用不同輥數(shù)參與矯直.當(dāng)矯正薄板時(shí),全部工作輥參與矯正,此時(shí)相當(dāng)于15輥矯正機(jī),當(dāng)矯正厚板時(shí),下排工作輥前四個(gè)調(diào)整到低位,此時(shí)相當(dāng)于7輥矯正機(jī).2平行矯直方案通常輥式矯直過程采用矯直輥壓彎量遞減、軋件交替彎曲的矯直方案.采用這種矯直方案,在矯直過程中,隨著矯直板材彎曲曲率的減少,板材在各個(gè)矯直輥之間的運(yùn)動(dòng)速度將發(fā)生變化.而如果矯直輥集中傳動(dòng),轉(zhuǎn)速相同,則在板材矯直過程中產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩.負(fù)轉(zhuǎn)矩現(xiàn)象將造成板材在矯直輥面上打滑,引起噪音,從而降低了板材的矯直質(zhì)量.同時(shí)隨著中厚板軋后控冷等技術(shù)采用和高強(qiáng)度合金鋼、管線鋼等鋼種開發(fā),矯直輥的傳動(dòng)扭矩成為薄弱環(huán)節(jié),影響了矯直材料屈服強(qiáng)度的擴(kuò)大.平行矯直方案可以有效的避免負(fù)轉(zhuǎn)矩,從而相對(duì)提高了矯直機(jī)的矯直能力.由于矯直工藝的限制,通常輥式矯直機(jī)在中板矯直中不能采用平行矯直方案.具有特殊輥系的十五輥組合矯直機(jī)符合平行矯直方案的特點(diǎn),即在同一壓下量,板材在小輥系中能產(chǎn)生矯直質(zhì)量所需的大變形,同是在大輥系中產(chǎn)生小變形以滿足板材最后矯平要求.現(xiàn)在,就是否能同一組合輥系在矯直材料范圍內(nèi)均適用平行矯直方案進(jìn)行討論.在薄規(guī)格中板矯直時(shí),反彎變形曲率ρw與壓下量s可以下推導(dǎo)和假設(shè)中近似得到.假設(shè):各個(gè)矯直輥處反彎變形取同值;連續(xù)彎曲曲線可分為n-2個(gè)彎曲單元;單元內(nèi)彎曲曲線近似看做圓形曲線;各段曲線的連接點(diǎn)位于兩矯直輥中間.根據(jù)勾股定理可得(2ρw+h)2=(t/2)2+(2ρw+(h-s))2(1)式中:ρw為反彎曲率半徑;t為工作輥輥距;h為板厚壓下量可表示為:s=2ρw+h-√(2ρw+h)2-t2/4(2)反彎曲率可表示為ρw=t2/4+(h-s)24s(3)當(dāng)大輥系與小輥系取相同壓下量時(shí),聯(lián)立式(2)(3)得小輥系的反彎曲率ρw1=t21/4-t22/4+(2ρw2+h)2-4ρw2√(2ρw2+h)2+t2/4+4ρ2w24(2ρw2+h-√(2ρw2+h)2+t22/4(4)其中ρw2=ρtCw2=2σsCw2Eh(5)反彎曲率系數(shù)ˉCw1=ρtρw1取ˉCw1=1時(shí),ˉCw1的取值范圍圖3可見,E、σs、h對(duì)反彎曲率系數(shù)影響較小.即可通過優(yōu)化t1、t2在矯直材料范圍得到一個(gè)較小范圍ˉCw1,這使平行矯直方案可行.3cw23.24特征參數(shù)的優(yōu)化一般認(rèn)為板材的塑性變形深度達(dá)到全斷面高度的80%,就可滿足矯直工藝要求.太大的變形容易在表面產(chǎn)生裂紋和畸形變形;太小的彎曲變形不能滿足矯直質(zhì)量要求.同時(shí)隨著變形增加,輥系的負(fù)荷隨之增大.因此,在滿足矯直質(zhì)量的前提下選擇小的的彎曲變形程度.當(dāng)板材的塑性變形深度達(dá)到全斷面高度的80%,即ζ=Ht/H=20%,對(duì)應(yīng)的總變形曲率系數(shù)ˉC∑=5.假定:小輥系反彎曲率系數(shù)為ˉCw,由于平行矯直每個(gè)彎曲單元相同.當(dāng)?shù)趇個(gè)彎曲單元,總變形曲率系數(shù)ˉC∑=5,反彎曲率系數(shù)為ˉCw,彈復(fù)曲率系數(shù)ˉCf=1.5-0.5ζ=1.48(7)殘余曲率系數(shù)ˉCc=ˉCw-ˉCf=ˉCw-1.48(8)在第i+1個(gè)彎曲單元,總變形曲率系數(shù)ˉC∑=5,反彎曲率系數(shù)為ˉCw,總變形曲率系數(shù)ˉC∑等于本彎曲單元的反彎曲率系數(shù)+上一單元的殘余曲率系數(shù).ˉC∑=ˉCw+ˉCc(9)把上彎曲單元?dú)堄嗲氏禂?shù)式(8)代入式(9)得2ˉCw-1.48=5ˉCw=3.24設(shè)定優(yōu)化目標(biāo):在矯直材料范圍內(nèi),小輥系與大輥系取相同壓下量時(shí),對(duì)于同一個(gè)鋼板,當(dāng)大輥系實(shí)現(xiàn)ˉCw2=2反彎曲率小變形時(shí),小輥系能實(shí)現(xiàn)ˉCw1=3.24反彎曲率小變形的大變形.即優(yōu)化t1、t2,使反彎曲率系數(shù)ˉCw1=3.24、ˉCw2=14大輥系基礎(chǔ)應(yīng)力(1)小輥系的基本限制條件為了保證薄規(guī)格高強(qiáng)度板的矯直質(zhì)量,矯直工藝應(yīng)滿足大變形方案,小輥系矯直過程保證矯直板材斷面上塑性層比率大于80%.小輥系輥距應(yīng)滿足t1≤hE5?σs(10)式中:E板材彈性模量;代入hmin=6mm;Emin=180000MPa;σs=800MPat1≤270mm小輥系的強(qiáng)度要求,主要可慮接觸應(yīng)力條件.小輥系輥距應(yīng)滿足t1≥0.59?h?h√E1E2φσs(E1+E2)(11)式中:E1矯直輥彈性模量;E2板材性模量;φ輥徑與輥徑的比例系數(shù),代入hmax=16mm;E1=210000MPa;E2Max=210000MPa;φ=0.9t1≥114mm應(yīng)此小輥系取值范圍114mm≤t1≤270mm(2)大輥系的基本限制條件為了保證厚規(guī)格高強(qiáng)度板的矯直質(zhì)量,矯直工藝應(yīng)滿足大變形方案,大輥系矯直過程保證矯直板材斷面上塑性層比率大于80%.大輥系輥距應(yīng)滿足t2≤hE5?σs(12)式中:E板材彈性模量;代入hmin=16mm;Emin=180000MPa;σ=600MPat2≤1020mm同時(shí)大輥系保證薄規(guī)格高強(qiáng)度板的矯直質(zhì)量,矯直工藝應(yīng)滿足小變形方案,大輥系矯直過程保證矯直薄規(guī)格板材斷面上塑性層比率大于20%.大輥系輥距應(yīng)滿足t2≤hE2?σs(13)式中:E板材彈性模量;代入hmin=6mm;Emin=180000MPa;σs=800MPat2≤675mm大輥系的強(qiáng)度要求,主要可慮接觸應(yīng)力條件.大輥系輥距應(yīng)滿足t2≥0.59?h?√E1E2φσs(E1+E2)(14)式中:E1矯直輥彈性模量;E2板材性模量;φ輥徑與輥徑的比例系數(shù),代入hmax=40mm;E1=210000MPa;E2Max=210000MPa;φ=0.9t2≥6329mm應(yīng)此大輥系取值范圍329mm≤t2≤675mm5兩種組合輥系參數(shù)的比較根據(jù)上述論述,確定組合矯直機(jī)輥系優(yōu)化自變量、目標(biāo)、限制條件.求t1,t2,反彎曲率系數(shù)ˉCw1≈3.24、ˉCw2=1ˉCw1=ρtρw1=4(2ρw2+h-√(2ρw2+h)2+t22/4)ρtt21/4-t22/4+(2ρw2+h)2-4ρw2√(2ρw2+h)2+t2/4+4ρ2w2s.t.114mm≤t1≤270mm329mm≤t2≤675mm160000MPa≤E≤210000MPa300MPa≤σs≤600MPa6mm≤h≤16mm反彎曲率系數(shù)3≤Cw1ˉ≤3.4的取值范圍在t1,t2為變量的坐標(biāo)平面內(nèi)以為狹長形狀.由于輥系設(shè)計(jì)對(duì)整取值,把組合矯直機(jī)可以取的輥系參數(shù)列表如下:綜合考慮,機(jī)械設(shè)計(jì)和整機(jī)重量等原因,t1=250mm/t2=400mm,t1=210mm/t2=340mm這兩種組合輥系參數(shù)已被應(yīng)用實(shí)際.6輥系間張力技術(shù)(