重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 目錄 目 錄 中文摘要 . I 英文摘要 . II 1 緒 論 . 1 1.1設(shè)計課題背景 . 1 1.2設(shè)計依據(jù) . 1 1.3矯直設(shè)備的發(fā)展概況 . 1 1.4分類及 工作原理 . 3 1.4.1 壓力矯直機 . 3 1.4.2輥式矯直機 . 3 1.4.3 斜輥式矯直機 . 3 1.4.4拉伸矯直機 . 3 1.4.5拉伸彎曲矯直機 . 4 2 鋼材矯直理論 . 1 2.1“ 矯直”的定義 . 1 2.2反彎矯直的基本原理 . 1 3二輥滾光矯直機的工作原理 . 4 3.1二輥滾光矯直機的簡介 . 4 3.2二輥滾光矯直機的工作原理 . 4 3.3設(shè)計二輥滾光矯直機所涉及到的主要參數(shù) . 10 3.4國內(nèi)外現(xiàn)在生產(chǎn)這種矯直機的廠家 . 11 4二輥滾光矯直機力能參數(shù)計算 . 12 4.1矯直力的計算 . 12 4.1.1求導程 t . 12 4.1.2求彈性極限彎矩 Mmax . 13 4.1.3求傾角 ： . 13 4.1.4軸承承受力的總和 . 14 4.2 二輥滾光矯直機功率計算 . 14 4.2.1軸承的消耗功率 . 14 4.2.2滑動摩擦的消耗功率 . 14 4.2.3滾動摩擦的消耗功率 . 14 4.2.4塑性彎曲變形的消耗功率 . 15 4.2.5消耗總功率 . 15 4.3電機驅(qū)動功率 . 12 4.4關(guān)于機架、機座及軸承蓋的設(shè)計 . 16 5二輥滾光矯直機輥系設(shè)計 . 18 5.1矯直輥的組成 . 18 5.2.矯直輥材料 . 18 5.3矯直輥尺寸計算 . 19 5.4矯直速度計算 . 20 5.5矯直輥強度計算 . 21 5.6軸承的壽命校核 . 23 6二輥滾光矯直機傳動裝置的選擇及液壓過載保護 . 25 6.1二輥滾光矯直機傳動裝置的選擇 . 25 重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 目錄 6.1.1矯直機主傳動裝置的組成 . 25 6.1.2矯直機主傳動裝置類型 . 25 6.1.3萬向連接軸 . 25 6.1.4聯(lián)接軸的總體的配置及其平衡裝置 . 26 6.1.5主減速機 . 27 6.2二輥滾光矯直機的液壓過載保護裝置 . 28 7二輥滾光矯直機的安裝與維護 . 30 7.1二輥滾光矯直機的安裝 . 30 7.1.1基礎(chǔ) . 30 7.1.2設(shè)置安裝基準 . 30 7.1.3設(shè)置墊板 . 30 7.1.4矯直機的吊裝、找正、找平、找標高 . 31 7.1.5二次灌漿 . 31 7.1.6試運轉(zhuǎn) . 31 7.2二 輥滾光矯直機的維護 . 31 7.2.1二輥滾光矯直機的維護和修理制度 . 31 7.2.2二輥滾光矯直機的潤滑 . 32 8總結(jié) . 34 9致謝 . 35 10參考文獻 . 36 重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 中文 摘要 I 摘 要 隨著科技的進步，人們對 棒材的需求量越來越大、對其精度要求也越來越高，以前人們采用 平行輥矯直機矯直管、棒等圓形斷面條材 ， 圓材在矯直過程中容 易產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象 ，并且 只能矯直圓材垂直于輥軸的縱向剖面上的彎曲 。 在 這種 情況下斜二輥矯直機的問世解決了以前平行輥矯直機所解決不了的棒材、管材的矯直問題，在這種情況下，我們對 二輥滾光矯直機進行設(shè)計。 本文 重點 對鋼材矯直工藝及工作原理，斜輥矯直機的工作原理、特點、結(jié)構(gòu)等進行了介紹，同時對二輥棒材矯直機力能參數(shù)的計算進行了分析，提出了本次設(shè)計二輥棒材矯直機的基本思路 。 矯直機的機架、機座、傳動等部分設(shè)計不屬于本次設(shè)計的重點，所以在這里只是作了簡單的介紹，但是由于時間比較倉促，本文對矯直機的液壓壓下裝置、矯直機的安裝與維 護沒有做出詳盡的介紹，限于本人的水平，文中有 誤漏之出，還請批評指正 。 關(guān)鍵詞： 棒材 矯直工藝 二輥棒材矯直機 矯直力能參數(shù) 重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 Abstract II ABSTRACT With the advancement of technology, peoples growing demand for the bar, its accuracy is also getting higher and higher, before people parallel roller leveler straightening tubes, rods and other circular cross-section of the build, round-wood in hand Direct the process of rotation is easy to produce, and only straightening roundwood roll axis perpendicular to the longitudinal section on the bend. In this case the ramp roll straightening machine resolved before the advent of parallel roll straightening machine can not be resolved by the bar, pipe straightening of the problem, in this case, we design roll on the roller-straightening machine. The steel straightening process and working principle, ramps roll straightening machine works, characteristics, such as the structure was introduced, while two of the roll bar straightening machine can be calculated parameters of an analysis of the proposed The design of the roll bar leveler of the basic ideas. Straightening machine rack, engine, transmission and other parts of the design are not the focus of this design, so here is a brief introduction, but because of the time hasty comparison, the paper leveler of the hydraulic pressure devices, Straightening machine installation and maintenance have not made detailed introduction, I am limited to the level of error in the text of a leak, also invited criticism correction. Key words: bars； Straightening process； the two roll bar straightening machine；straightening of the power parameters 重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 緒論 1 1 緒 論 1.1 設(shè)計課題背景 長期以來，矯直機因彎曲由人工檢測，壓彎量人為設(shè)定不夠準確，全過程都靠手工操作，效率低，矯直精度全憑操作者經(jīng)驗來決定等缺點，一直作為一種補充矯直設(shè)備來使用。所以矯直必須檢測工件的原始彎曲，測量彎曲量、確定最佳矯直點、設(shè)定壓彎量。由于缺少可靠的檢測手段和認識上的一些人為因素，以前這些工作只能靠人工來完成。因此以前的矯直機有以下缺點：彎曲人工檢測、壓彎量人 工設(shè)定不夠準確，效率低，矯直精度全憑操作者經(jīng)驗來決定，降低了生產(chǎn)效率。 而且現(xiàn)在人們對棒材的需求量越來越大、對其精度要求也越來越高，在情況下斜二輥矯直機的問世解決了以前平行輥矯直機所解決不了的棒材、 管材的矯直精度問題，在這種情況下，我們對 二輥滾光矯直機進行設(shè)計。 1.2 設(shè)計依據(jù) 主要參數(shù)： 矯直棒材規(guī)格： 20 90；矯直棒材材料：合結(jié)鋼、不銹鋼（s 1200N/mm2）； .棒材原始曲率： 0.4%（ mm/m）；矯直后直度： 0.05%（ mm/m）；棒材原始表面 ： Ra3.2；棒材矯直后表面： Ra0.8；最大矯直速度： 330m/min；最大矯直力： 300KN；采用液壓過載保護；采用循環(huán)潤滑與循環(huán)冷卻；自動上下料。 1.3 矯直設(shè)備的發(fā)展概況 矯直技術(shù)產(chǎn)生的確切時間尚未找到準確的文字記載。但從文物發(fā)掘中看到我國在春秋戰(zhàn)國時期寶劍的平直度可以使人想象到當時手工矯直和平整技術(shù)已經(jīng)達到很高的水平。在我國 古代人的生活與生產(chǎn)中使用的物品和工具，小自針錐、大到鐵杵都要求用矯直技術(shù)來完成成品的制造。 手工矯直與平整工藝所用的設(shè)備與工具是極簡單的，如平錘、鉆臺等。 對大型工件手 工矯直常借助高溫加熱進行。 古代人在矯直及整形的實踐中認識到物質(zhì)的反彈特性，確立了“矯枉必須過正”的哲理，用之于矯直技術(shù)頗有一語道破之功，用之于改造社會也有指導意義。 由于中國社會的特殊條件，好多 技術(shù) 停留在手工狀態(tài)， 18世紀末葉到 19世紀初葉，歐洲進行了產(chǎn) 業(yè)革命 ，逐步實現(xiàn)了用蒸汽動力代替人力，機械化生產(chǎn)代替了手工作坊 。 19 世紀 30 年代冶鐵技術(shù)發(fā)展起來，當時英國的生鐵產(chǎn)量已由 7萬 t增長到 19萬 t a，增加了 2 7倍。 19世紀 50年代開辟了煉鋼技術(shù)發(fā)展的重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 緒論 2 新紀元。隨著平爐煉鋼技術(shù)的發(fā)明，鋼產(chǎn)量增長迅速。到 19 世紀 末時，鋼產(chǎn)量增加 50多倍。鋼材產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的比重也顯著增加。這時已經(jīng)出現(xiàn)了鍛造機械、軋鋼機械和矯直機械。 進入 20 世紀，以電力驅(qū)動代替蒸汽動力為標志，推動了機械工業(yè)的發(fā)展。英國在 1905 年制造的輥式板材矯直機大概是我國見到的最早的 l 臺矯直機。 20世紀初已經(jīng)有矯直圓材的二輥式矯直機。到 1914 年英國發(fā)明了 212 型五輥式矯直機 (阿布拉姆遜式一 Abramsen)，解決了鋼管矯直問題，同時提高了棒材矯直速度。 20 世紀 20 年代日本已能制造多斜輥矯直機。 20 世紀 30 年代中期發(fā)明了222型六輥式矯直機，顯著提高了管材矯直 質(zhì)量 . 20世紀 60年代中期，為了解決大直徑管材的矯直問題，美國薩頓 (Sutton)公司研制成功 313 型七輥式矯直機 (KTC 型矯直機 )。 20 世紀 30 40 年代國外技術(shù)發(fā)達國家的型材矯直機及板材矯直機也得到迅速發(fā)展，而且相繼進入到中國的鋼鐵工業(yè)及金屬制品業(yè)。 新中國成立前在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工廠里可以見到德、英、日等國家制造的矯直機。與此同時還出現(xiàn)了拉伸矯直機， 20 世紀 50年代蘇聯(lián)的矯直機大量進入到中國。同時，世界上隨著電子技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)進步速度加快，矯直機的品種、規(guī)格、結(jié)構(gòu) 及控制系統(tǒng)都得到不斷的發(fā)展與完善。 20世紀 70年代我國改革開放以后接觸到大量的國外設(shè)計研制成果。有小到聲 1 6mm 金屬絲矯直機和大到 600mm 管材矯直機。有速度達到 300m rain的高速矯直機和精度達到 0 038mm m的高精度矯直機。同時也引進許多先進的矯直設(shè)備。如英國的布朗克斯 (BRONX)矯直機；德國的凱瑟林 (Kieserling)矯直機、德馬克 (Demag)連續(xù)拉彎矯直機及高精度壓力矯直機；日本的薄板矯直機等。值得自豪的是我國科技界一直在努力提高自己的科研設(shè)計和創(chuàng)新能力。從 20 世紀 50 年代起 就有劉天明提出的雙曲線輥形設(shè)計的精確計算法及文獻提出的矯直曲率方程式。 60 80 年 代 在輥形理論方面有許多學者進行了深入的研究并取得了十分可 喜 的成果，還召開了全國性的輥形理論討論會；產(chǎn)生了等曲率反彎 輥形計算法。與此同時，以西安重型機械研究所為代表的科 研 單位和以太原重型機器廠為代表的設(shè)計制造部門完成了大量的 矯直 機設(shè)計研制工作。不僅為我國生產(chǎn)提供了設(shè)備保證，還培養(yǎng) 了 一大批設(shè)計研究人員。 進入 90 年代我國在趕超世界先進水平 方向 又邁出了一大步，一些新研制的矯直機獲得了國家的發(fā)明專 利； 一些新成果獲得了市、省及部級科技成 果進步獎；有的獲得了 國家 發(fā)明獎。近年來我國在反彎輥形七斜輥矯直機，多斜輥薄壁 管材直機、 3斜輥薄銅管矯直機、雙向反彎輥形 2輥矯直機、復合 轉(zhuǎn) 式矯直機，平行重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 緒論 3 輥異輥距矯直機及矯直液壓自動切料機等研 制方 面相繼取得成功。在矯直高強度合金鋼方面也已獲得很好的 矯直 質(zhì)量。其矯后的殘留撓度為 0 2 0 5mm m。此外，從 20世紀 60 年代以后拉伸與拉彎矯直設(shè)備得到很大發(fā)展，對帶材生產(chǎn)起 到 重要作用。 1.4 分類及工作原理 金屬棒材在軋制、加熱、運輸?shù)雀鞣N加工過程中常常產(chǎn)生不同程度的彎曲、歪扭等塑性變形或內(nèi)部殘余應(yīng)力；目前冶金 市場上對金屬棒材的成品精度要求也越來越高，因此軋制矯直設(shè)備在工廠中應(yīng)用越來越普遍，對矯直設(shè)備的自動控制要求也越來越高。 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和工作原理的不同，矯直機可以分為壓力矯直機、輥式矯直機、斜輥矯直機、拉伸矯直機和拉彎矯直機等幾種基本類型。 1.4.1 壓力矯直機 壓力矯直機是以曲柄連桿機構(gòu)驅(qū)動的活動壓頭使軋件產(chǎn)生一次反向彎曲，將軋件矯直的?！俺C枉必須過正”就是壓力矯直機的基本矯直原理。這種矯直機人工操作繁重、生產(chǎn)效率低，但調(diào)整靈活，對于各種局部彎曲狀態(tài)，都具有矯直的可能性，一般只有用來矯直大型鋼梁、鋼軌和 大直徑（大于 200 300mm）鋼管，或用作輥式矯直機的補充矯直。壓力矯直機有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)。 1.4.2 輥式矯直機 輥式矯直機具有兩排交錯布置的工作輥，彎曲的軋件通過轉(zhuǎn)動的工作輥之間，經(jīng)過多次反復彎曲得以矯直。軋件能以較高的速度在運動中進行連續(xù)矯直，生產(chǎn)效率高，且易于實現(xiàn)機械化和流水生產(chǎn)，輥式矯直機在型鋼車間和板帶材車間得到廣泛的應(yīng)用。輥式矯直機的一類型很多。其中按上排工作輥的調(diào)整方式分，基本上可以歸納為三類：單獨調(diào)整、平行調(diào)整和傾斜調(diào)整。 1.4.3 斜輥式矯直機 斜輥式矯直機用于矯直管材和圓棒 材。這種矯直機的工作輥具有類似雙曲線的空間曲線的形狀，兩排工作輥軸線相互交叉，管棒材在矯直時邊旋轉(zhuǎn)邊前進，也是利用多次反復彎曲軋件，最終消除各方面的彎曲和端面的橢圓度。這類矯直機的設(shè)備重量輕，易于調(diào)整和維修，矯直管棒材效果好。其中可以按工作輥數(shù)量分類，而本文介紹的二輥矯直機就是其中的一種。 1.4.4 拉伸矯直機 主要用于矯直厚度小于 0.6mm的薄鋼板和有色金屬板材、管材、異型材。對于具有中間瓢曲或邊緣浪形的板帶材，雖有結(jié)構(gòu)復雜的支承輥分段可調(diào)的輥式矯直機加以矯直，但矯直效果不理想，這是需采用拉伸矯直方法。拉 伸矯直的主要重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 緒論 4 特點是對軋件施加超過材料屈服極限的張力，使之產(chǎn)生彈塑性延伸變形，從而將軋件矯直。 1.4.5 拉伸彎曲矯直機 為了提高帶材矯直質(zhì)量，近年來，拉伸彎曲矯直機組得到較大的發(fā)展。拉伸彎曲矯直的基本原理是在張力作用下的帶材，經(jīng)過彎曲輥劇烈彎曲時，產(chǎn)生彈塑性延伸，從而三維形狀缺陷得以消除。這種矯直機組一般用在連續(xù)作業(yè)線上，可以矯直各種金屬帶材（包括高強度極薄帶材），也可以用于酸洗機組進行機械破磷，從而提高酸洗速度。 此外，在有色金屬型材車間尚有扭轉(zhuǎn)式矯直機，用于矯直型材的扭曲變形。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 鋼材矯直理論 1 2 鋼材矯直理 論 2.1“ 矯直”的定義 金屬 條 材 （具體指型材、棒材、管材、線材、板材、帶材等長條狀的金屬型材） 在軋制、加熱、運輸 、鍛造、擠壓、拉拔、冷卻 等各種加工過程中 因外力作用 常常產(chǎn)生不 同程度的彎曲、歪扭等塑性變形； 內(nèi)部殘余應(yīng)力 使金屬條材發(fā)生彎曲或扭曲變形 ； 為了獲得平直的成品金屬條材就必須使其 縱向纖維或縱向截面由曲變直，橫向纖維或橫向截面也由曲變直。實現(xiàn)這一要求的工藝過程就稱為“矯直”。 2.2 反彎 矯直的基本原理 在壓力矯直機、輥式矯直機、 斜輥式矯直機和拉伸矯直機中，軋件 都是經(jīng)過反向彎曲后矯直的，而軋件的彎曲狀態(tài) 可以用曲率表示，在軋件的彈塑性彎曲變形過程則可以用曲率的變化來說明。 軋件在矯直過程中的曲率變化： 原始曲率 軋件在矯直前的曲率稱為原始曲率，以01r 表示。（圖 2.1a）。r0是軋件的原始曲率半徑。彎曲的方向用正負號表示，如 +01r 表示彎曲凸度向上的曲率， -01r 則表示彎曲凸度向下的曲率，而軋件的平直段用01r =0表示。 反彎曲率 軋件在外力矩 M作用下強制反彎的曲率稱為反彎曲率，以1表示。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或輥子的壓下來獲得的。反彎曲率大小的選擇是決定軋件能否被矯直的關(guān)鍵。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 鋼材矯直理論 2 圖 2.1 彈塑性彎曲時的曲率變化 a-彎曲階段； b-彈復階段 總變形曲率 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，以cr1 表示，即： cr1 =01r +1 使用上式時，應(yīng)將曲率的正負號代入。原始曲率與反彎曲率方向相同時符號相反；方向相反時符號相同。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 鋼材矯直理論 3 彈復曲率 它是當外力矩去除后，軋件在變形內(nèi)力形成的彈復力矩 My作用下彈性 恢復的曲率變化量，以y1 表示。 殘余曲率 它是軋件經(jīng)過彈復后所具有的曲率（圖 1-1b），以r1表示。如軋件被矯直，則r1=0，如軋件未被矯直，在輥式矯直機上，前一輥的殘余曲 率將是下一輥的原始曲率，即1011ii rr，式中 i指 輥數(shù)。 殘余曲率r1是反彎曲率與彈復曲率的代數(shù)差：r1=1-y1 ，顯然欲使軋件矯直，則必須使殘余曲率r1=0，由上式得：1=y1 ， 此式是一次反彎矯直時（壓力矯直機）選擇反彎曲率的基本原則。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 二輥滾光矯直機的工作原理 4 3 二輥滾光矯直機的工作原理 3.1 二輥 滾光 矯直機的簡介 而本文介紹的二輥 滾光 矯直機是斜輥式矯直機的一種；可以矯直 1 5-200mm的棒材和厚壁管材。 二輥 滾光 矯直機由于矯直精度高、造價低，可矯直輕中型棒材、管材，在治金工業(yè)和機械制造業(yè)中有廣泛應(yīng)用 。二輥 滾光 矯直機的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在： 使工件得到全長矯直，解決了工件頭尾兩端在一般矯直機上不能矯直的難題； 使矯直質(zhì)量得到明顯提高，把矯直后的殘留擾度減少到 0.1 0.5mm/m; 對圓材的外 徑有較強的圓整作用，顯著的減少了圓材的橢圓度； 可以有效的消除矯直后的圓材縮徑現(xiàn)象，能保證工件的尺寸精度； 在矯直的同時能提高工件的表面粗糙度。 當然 二輥 滾光 矯直機 也有很多不足的地方需要我們?nèi)ジ倪M，從而達到我們需求的高效化、高質(zhì)量、高產(chǎn)量。這些不足的地方主要表現(xiàn)在： 矯直速度較低，一般為 7 50m/min。按新的大斜角輥形設(shè)計所取得的成功，可以將矯直速度提高一倍左右，使這一缺點得到很大的補救； 導板的消耗量較大，不過在光亮工件的矯直中使用尼龍導板，以及在大直徑工件的矯直中使用輥式導板，也使這一缺點有所改善； 對于矯直精度這一點我們可以利用二輥的弧度、剛度以及兩輥之間的傾角來控制棒材軋件，從而達到我們要求的精度。 我國的鋼鐵工業(yè)現(xiàn)有 二 十余條 棒材 生產(chǎn)線，在建的仍有十余條生產(chǎn)線，隨著生產(chǎn)技術(shù)的進步和現(xiàn)代化改造的實施， 棒材 生產(chǎn)向著高效化、高質(zhì)量的方向發(fā)展，對常規(guī)產(chǎn)品 圓度在 1.5 200mm的情況，各生產(chǎn)單位均采用了線上的 斜 輥矯直設(shè)備，為了滿足日益提高的 棒材 質(zhì)量要求， 斜 輥矯直設(shè)備得到了進一步的發(fā)展。 3.2 二輥滾光矯直機的工作原理 2斜輥矯直機可簡稱為 2輥矯直機。其工作原理在斜輥 矯 直理論中獨具特點。其結(jié)構(gòu) 3.1所 示。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 二輥滾光矯直機的工作原理 5 圖 3.1二輥棒材矯直機示意圖 它對工件的矯直作用不是依靠各輥之間的 交 錯壓彎使工件產(chǎn)生塑性彎曲變形，而是依靠一對輥縫內(nèi)部彎曲 曲 率的變化而達到。為了說明工件在輥縫內(nèi)矯直的道理，首先要 對 旋轉(zhuǎn)壓彎有一理解。工件被旋轉(zhuǎn)壓彎也可以相對地把工件看成為 一個螺旋形扁鋼，用壓輥壓在扁鋼的邊緣上以扁鋼為軌道向前 行 走，扁鋼在壓輥處被壓彎并在輥子走過后彈復變直。這樣輥子 對 螺旋形扁鋼的相對運動就同平行輥對長條形扁鋼的相對運動一樣，只不過后者的矯直運動為平行矯直運動，前者為旋轉(zhuǎn)矯直 運 動，它們的機理是一致的。但是旋轉(zhuǎn)矯直的工件并 不是螺旋形 扁鋼而是圓形棒材。如圖 3.2。所示的棒材在旋轉(zhuǎn)前進中受輥 3壓 彎，并在壓彎處的截面 33上產(chǎn)生塑性壓縮 (上面的影線部分 )與 拉 伸 (下面影線部分 )變形。當此截面旋轉(zhuǎn)前進到 77位置處被輥 7從反向壓彎，而且其壓彎量正好可使在 33位置已被壓彎的棒材 得 到矯直。其矯直過程的縱向變形如圖 2 2b，斷面變形如圖 2 2d所 示。不過圓材彎曲一般是全方位的彎曲，把 33位置的彎曲理解 為 cg方位的彎曲，同樣在 ae、 bf及 dh各方位的彎曲也都應(yīng)得到 矯 直。于是，應(yīng)該在 1 5的各位置上都設(shè)置壓彎輥，不管上述各 方位的原始曲率如何，都經(jīng)受 較大的壓彎，然后同時旋轉(zhuǎn)前進到 5 9的各位置，并被同樣設(shè)置的各反方向壓彎輥壓彎后彈復變直，達到全長度及全方位的矯直目的。結(jié)合上面提到的螺旋形扁鋼可以把 ac、 bf、 cg及 dh4個方位用 4條扁鋼來代替，并設(shè)其厚度為時，則 4條扁鋼經(jīng)過大小兩次正反 壓彎后各自得到矯直也等于整個圓材得到矯直。可見當圓材只在一處受到大壓彎時，其彎矩如圖 2-2c的虛線 M-x所示；在其反向受到小壓彎時其彎矩如圖中虛線 M-x所示， 其結(jié)果只能矯直一個扁鋼或 cg一個方位。而要矯直圓 材 則必須在圓材旋轉(zhuǎn)的半周中或在其半個導程 (t 2)上造成等彎矩 的大壓彎狀態(tài)來代替想像的各壓彎輥，然后又在其下半周內(nèi)造成等彎矩的小壓彎 (與彈復量相等 )才可能實現(xiàn)其變形為圖 2-2 中 (d2)與 (d3)之和。同時還須明確圖 2 1中的前半周 (左側(cè)的 t 2長度 )是在單一方向原始曲率條件下進行旋轉(zhuǎn)的。但是全方位 原 始彎曲卻是 C。 的彎曲，因此在兩個半周的旋轉(zhuǎn)之前還需要有 半 周的旋轉(zhuǎn)彎曲，以消除 C。 使之變成 + C。 或一 C。，即單一方向 的 原始彎曲。這樣我們可以概括地說，二輥矯直重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 二輥滾光矯直機的工作原理 6 的必要條件是工 件 在輥縫中先要經(jīng)過至少一個導程的等曲率大變形壓彎，然后要經(jīng) 過至少半個導程等曲率小變形 (與矯直曲率 相適應(yīng)變形 )的反向 壓 彎。前者可使工件各處的殘留彎曲達到一致程度，后者可使工 件 全長得到矯直。也可以簡單地說之為“先統(tǒng)一，后矯直”，這句話 同 大變形小殘差的平行輥矯直法的含義是一致的。 圖 3.2 集中力彎曲與等彎矩彎曲的旋轉(zhuǎn)矯直變形圖 2輥矯直的原理雖然簡單，但其實現(xiàn)方法仍然包含一些較 為 復雜的措施。如材質(zhì)不勻會使殘留彎曲難以統(tǒng)一，也會使殘留彎曲難以被一次矯直；工件尺寸公差較大時常需施以過大的壓彎量 ； 工件的剛性偏大時常需增加壓彎次數(shù)；考慮到輥子磨損、新輥縫的彎曲曲率必須適當增大等。因此輥縫多采用對稱形式，人口側(cè) 輥 縫起到咬入及預(yù)矯作用；出口側(cè)輥縫起到矯直作用；輥腰處的等 曲 率區(qū)為中區(qū)，起到統(tǒng)一殘留彎曲的作用。參看圖 2-2中區(qū) (2Sd)的理論長度為 t，考慮到向兩側(cè)的曲率過渡及輥縫的壓緊程度不足等因素，取 2Sd =2t。出口區(qū)為了防止一次矯直質(zhì)量不高的可能性，在初矯區(qū) (Sd)之后再增加精矯區(qū) (SB)，它們的理論值為 Sd=t 2及 SB =t 2?？紤]到曲率之間的半周過渡而取 Sd=t，再考慮走出塑性區(qū)時，由于輥縫的彈跳或積累的殘留彎曲偏大而達不到質(zhì)量要求的可能性，故加重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 二輥滾光矯直機的工作原理 7 大 SB=(1 2)t，并使其問曲率值逐漸減小，以保 證矯直質(zhì)量的穩(wěn)定性。 2輥矯直還可能遇到矯直管材的情況，一般是矯直厚壁管，此時的輥縫的彎曲程度可以明顯減小 , 塑性 變形深度與壁厚可以相等。所以輥腰區(qū)的曲率不需太大，從 而矯 直區(qū)的曲率變化范圍也要明顯減小，故除輥腰區(qū)仍需要等曲 率壓 彎之外其他區(qū)域便可以按線性遞減原則來安排輥縫的曲率變 化。 下面用圖 3.2來介紹 2輥矯直的基本工作方式，圖 3.2a為工 作狀 態(tài)的兩個視圖，圓材在輥縫之問被同向旋轉(zhuǎn)的凸凹 2輥壓彎 并作 反向旋轉(zhuǎn)。由于兩個輥子軸線對圓材軸線成對稱傾斜關(guān)系， 圓材 將一邊旋轉(zhuǎn)一邊前進。當矯直棒材時，如圖 2 3b所示，輥縫 內(nèi) 形成三種彎曲區(qū) Sd及 Sd為等曲率區(qū)， SB為變曲率塑性變形 區(qū)。 圖 2 3b中 3個曲率比 Cw1，、 Cw2，及 Cw3與 3個曲率區(qū)相對應(yīng)，圖 中 t為旋轉(zhuǎn)導程值 ,Cw3按線性遞減原則分配在出人口區(qū)。圖3.3c為 矯直管材時輥縫的彎曲形狀，此時只有 Sd及 SB區(qū)，其長度為 Sd=t， SB=(23) 圖 3.3 2輥矯直過程及兩種壓彎方式 為了說明上述輥縫具有可靠的矯直能力，下面結(jié)合一典型的輥縫模型，示于圖 3.4，并利用有關(guān)的曲率方程式來解析全部的矯直過程。設(shè)圖 Cw1=4， Cw2=1 65，Cw3=1 4。則矯直過程的解析 結(jié)果列于表 3.1。輥縫的總長度為 8t，它等于輥子的工作長度 Lg。從矯直過程看預(yù)矯區(qū)也很有用，首先使工件的全長彎曲方向得到統(tǒng)一，而且減小了殘留曲率比的差值；由開始時假設(shè)的 C。 = 2 到左 2段減小到 C。=0 28。輥腰段的作用在于統(tǒng)一殘留彎曲。雖然第 3次 (右 2段 )的統(tǒng)一沒有用處，但也為難矯工件留 有 余地。進入矯直區(qū)后只轉(zhuǎn)半周便可達到合格要求，說明以后的 輥 縫可以取消，但為了提高質(zhì)量可以矯到右 4段。右 5段以后確 實 沒有用了。而且從全過 程看各奇數(shù)段的半周轉(zhuǎn)過之后殘留彎曲 都 有增大。因此，可以從第 5段或第 7段取消輥縫。這兩段輥縫 作 成開擴的八字形與輥端圓角結(jié)合起來將有助于重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 二輥滾光矯直機的工作原理 8 工件頭部的咬 入和 出口工件的穩(wěn)定。但是，也要看到不管是奇數(shù)段和偶數(shù)段每多轉(zhuǎn) 一周之后的相對質(zhì)量都在提高。因此在高精度的矯直機上輥縫 仍 然要保持到第6段，甚至要增加到第 8段。 圖 3.4 2輥矯直輥曲率比的分配模型 表 3.1 圖 3.3二輥輥縫矯直過程的解析結(jié)果 續(xù)表 3.1 重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 二輥滾光矯直機的工作原理 9 從上表的實際解析中可以較為深入地理解 2輥矯直的內(nèi)在機理，但是涉及的內(nèi)容比較單純。不能滿足各種具 體條件的要求。首先是 Cw1的取值范圍可以按小變形原則開始取值，即從 1 7開始加大到 3以上。為了便于達到統(tǒng)一殘留曲率的目的，力求使總曲率比C達到 5左右。同時還考慮到增加輥子壽命的需要把C增大到 7，經(jīng)過磨損之后仍能達到C 5的水平。因此設(shè)計輥縫的曲率比 在 |2|0 C(2輥矯直時0C值不允許太大 )時采用的 Cw1=3 5。接下去2wC及3wC值皆可按小變形原則從有關(guān)曲線上查知。再下去4wC6wC等值的影響已經(jīng)很小，不必精確計算，只 按 遞減原則予以確定即可，如用一過渡切線把輥形曲線與輥端圓 角 連接起來。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 二輥滾光矯直機的工作原理 10 利用兩輥矯直機在減小斜角時 (a=5 10)對工件表面的壓光作用，研制出專用的矯直拋光機。其工作原理也是相同的 。 3.3 設(shè)計二輥滾光矯直機所涉及到的主要參數(shù) 其基本參數(shù)包括矯直力、矯直力矩、輥距 t、輥徑 D、輥數(shù) n、輥身長度 L和矯直速度 v0矯直機基本參數(shù)的正確選擇對軋件的矯直質(zhì)量、設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸和功率消耗等都有重要的影響。 在這里我們對各個參數(shù)的主要公式進行簡單的介紹，在第 3章、第 4章都有詳盡的介紹。 矯直力： 2121 MMSdF tMtF 54.61 3222 MMdSF tMtF 8.02 323 MSbF tMtF 7.03 3212 FFFF 矯直力矩： sdsZtM 32m a xm a x3 輥距： Lp 43 輥徑： dD Z 25.1 dDD Zg 432 輥身長度 L： tan1m ax dt tan2 m in dt 1tSd ， dd SS ， db SS 2 bddg SSSL 2 RLLg 2矯直速度：60 000 nDV sin0VVs 重慶科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計 二輥滾光矯直機的工作原理 11 cos0VVn sin600DVn sD ， tan60d Vn sd 軸承 壽命較核： PCL10， PCnL h 6010 6 61060 hLnPC ， CfCtt PCfnL th 6010 6 ， 61060 htLnfPC 矯直輥強度較核： 22 3 p3107.0 dM k 3.4 國內(nèi)外現(xiàn)在生產(chǎn)這種矯直機的廠家 二輥 滾光 棒材矯直機由于矯直精度高、造價低 、易于維修、換輥時占用吊車時間少、導板調(diào)節(jié)比較方便 ，可矯直輕中型棒材、管材，在治金工業(yè)和機械制造業(yè)中有廣泛應(yīng)用。 現(xiàn)在在我國國內(nèi)中信重型機械公司洛陽礦山廠、 無錫西漳液壓機械 廠等很多廠家。而國外 如英國的布朗克斯公司、維柯公司及羅伯運 （ R0一 BETSON)公司；法國的 DMS 公司及艾梯巴爾 (ETlBAR)公司：德國的索林堅(SOLINGEN)公司和斯蘭特 (SIANT)公司；美國的薩頓 (SUTTON)公司；日本的川副機械公司；前蘇聯(lián)的基洛夫機床廣等。 可以生產(chǎn)這種 斜 二輥 滾光 輥矯直機 。 重慶科技學 院本科生畢業(yè)設(shè)計 二輥滾光矯直機力能參數(shù)計算 12 4 二輥滾光 矯直 機 力能參數(shù)計算 4.1 矯直力的計算 矯直力的計算由于二輥矯直機輥形有單向彎曲與雙向彎曲之分 ,其矯直力也不同 , 而矯直力大小與輥縫的壓彎程度密切相關(guān) ,由于本機型的輥形設(shè)計采用單向反彎曲輥形 ,因此按單向反彎曲輥形來計算矯直力 。 輥形各段長度 ： 輥腰段Sd=t,輥腹段 Sd=t,輥胸段 Sb=t。 由于等彎曲率區(qū)內(nèi)的彎矩不變 , 它必然由一個外力偶構(gòu)成工件內(nèi)部 的等彎矩區(qū) 。 首先從圖 3-1 上力 F3來看 ,在 Sb段內(nèi)它形成的彎矩是線性遞增的 。 雖然這個彎矩一開始是彈性彎矩 ,但很快增大為彈塑性彎矩 ( 彈性段長度可略去不計 ),新的力偶矩應(yīng)由 F2來形成 ,而且只在轉(zhuǎn)半周之后就需形成 F2Sd /2的力偶矩 ,以便在下半周內(nèi)完成 M2的等彎矩彎曲 。 進入到輥腰 Sd段時 ,由于增大彎矩須達到 M1值 ,故需在 M2之外再增加一個力偶矩 F2Sd /2 值 。 這種人為的受力模型是與輥形曲線的 曲率變化過程基本一致的 ,是會接近實際受力狀態(tài)的 ,于是可以計算圖中的各矯直力 ： 圖 4.1 二輥矯直機雙向反彎輥 受力簡圖 2121 MMSdF 3222 MMdSF 323 MSbF 4.1.1 求導程 t 粗棒螺旋導程： mmt 72.7515t a n901 細棒螺旋導程： mmt 28.2925t a n202 重慶科技學 院本科生畢業(yè)設(shè)計 二輥滾光矯直機力能參數(shù)計算 13 4.1.2 求彈性極限彎矩 Mmax mNsdsZtM .81.6437932 9014.390032m a xm a x33 雙向輥形的矯直力 ： tMtF 54.61 tMtF 8.02 tMtF 7.03 矯直力總和為 ： KNtMtFFFF 6.27108.163212 4.1.3 求傾角 ： 矯直輥軸承承受的力為輥面法向力之和 ,為了簡化計算 ,假設(shè)凹凸輥受力點基本相同 ,如圖 4.2所示 ,接觸角 與傾斜角 基本等 , tSSSSdd 4222 ,則 : 圖 4.2 矯直輥和軋件相對位置簡圖 tansin2 gDS 重慶科技學 院本科生畢業(yè)設(shè)計 二輥滾光矯直機力能參數(shù)計算 14 sin4tangDt s in4a rc ta ngDt 其中 ,為凸輥輥腰直徑 ,由與工件接觸最多 、 壓力最大的輥徑確定 ， 選取傾斜角 =20代入得 ： 9.15s in4a r c t a n gDt 4.1.4 軸承承受力的總和 kNFF Z 81.5649.15c o s 6.2712c o s2 根據(jù) 矯直力的大小 及工作輥的強度，查機械設(shè)計手冊選用軸承的型 號為：調(diào)心球滾子 軸承 22212C/W33 4.2 二輥滾光矯直機功率計算 4.2.1 軸承的消耗功率 設(shè)矯直輥的輥徑直徑為gd， 軸承摩擦系數(shù)為 1 ， 輥子轉(zhuǎn)速為gn,則軸承摩擦消耗功率為 ： 6011 ggZndFN ， 其中 gd =230mm 4.2.2 滑動摩擦的消耗功率 凸凹輥輥腰直徑分別為gD和gD， 工件與輥面之間摩擦系數(shù)為 2 ， 則滑動摩擦消耗功率為 ： 60222 gggnDDFN ， 其中 2 =0.05 0.1之間，這里取 2 =0.09 所以 2N =6.0227KW 4.2.3 滾動摩擦的消耗功率 工件與輥面之間滾動摩擦系數(shù)為 f ,輥子斜角為 ,