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1、第8章矫直机,矫直的必要性： 轧件在轧制、冷却和运输过程中，由于各种因素的影响，往往产生形状缺陷。如钢轨、型钢和钢管经常出现弧形弯曲；某些型钢（如工字钢）的断面会产生翼缘内并、外扩和扭转等；板材和带材则会产生纵向弯曲（波浪形）、横向弯曲、边缘浪形和中间瓢曲以及镰刀弯等。为了消除这些缺陷，轧件需要在矫直机上进行矫直。,1,行业材料,2,行业材料,矫直原理：使钢材的弯曲部位承受相当大的反向弯曲或拉伸，使该部位产生一定的弹塑性变形，当外力去除后，钢材经过弹性回复，然后达到平直。 根据矫直机的结构特点，矫直机可以分为压力矫直机、辊式矫直机、管棒材矫直机、张力矫直机（拉伸矫直机）及拉伸弯曲矫直机等类型。
2、,8.1矫直机的类型,3,行业材料,原理：轧件在活动压头和两个固定支点间，利用一次反弯的方法进行矫正。 应用：用来矫正大型钢梁、钢轨和大直径（大于200300mm）钢管或用作辊式矫直机的补充矫直。 缺点：生产率低且操作较繁重。 类型：有立式和卧式之分。,1、压力矫直机,4,行业材料,原理：轧件多次通过交错排列的转动着的辊子，利用多次反复弯曲而得到矫正。 特点：生产率高且易于实现机械化，在型钢车间和板带车间获得广泛应用。 类型：类型较多,2、辊式矫直机(板材、带材、型钢用),5,行业材料,（1）c图为上辊单独调整辊式矫直机，上排每个工作辊可单独调整，调整方式比较灵活。多用于辊数较少且辊距较大的矫
3、直机，如矫直型钢和钢管。 （2）d图为上辊整体平行调整辊式矫直机，前后设有单独调整的上工作辊，主要起导向作用，以利于被矫钢材的导入和导出。多用于矫直厚度为4-12mm以上的钢板。 （3）e图为上辊整个倾斜调整辊式矫直机，这种调整方式可以使被矫钢板的反弯曲率从大到小，符合矫直金属的变形规律，该矫直机多用于矫直厚度为4mm以下的板带材。 （4）f图为上排工作辊局部倾斜调整的矫直机，这种调整方式可增加钢材大变形弯曲次数，多用于矫直薄板。,6,行业材料,（1）g图为一般斜辊式矫直机。这种矫直机的工作辊具有类似双曲线的空间曲线的形状，两排工作辊轴线互相交叉。管棒材在矫直时边旋转边前进，从而获得对轴线对称
4、的形状。 （2）h图为313型辊式矫直机。这种矫直机的设备重量轻，易于调整和维修，用于矫直管、棒材时，效果很好 （3）i图为偏心轴式矫直机，用来矫直薄壁管。,3、管棒材矫直机,7,行业材料,原理：对轧件施加超过材料屈服极限的张力，使之产生弹塑性变形，从而将轧件矫平。 类型 （1）j图为夹钳式拉伸矫直机，一个夹钳固定，一个夹钳可动。由于单张矫直，生产率低，端部会造成较大的废料头，金属损耗较大。 （2）k图、l图、m图均为拉伸矫直机，其用途如教材。,4、拉伸矫直机,8,行业材料,原理：当带材在小直径辊子上弯曲时，同时施加张力，使带材产生弹塑性延伸，从而矫平。 特点：能耗小，矫直质量高。 用途：一般
5、用在连续作业线上，可矫直各种金属带材。也可用在酸洗机组上进行破鳞。,5、拉伸弯曲矫直机,9,行业材料,矫直机,10,行业材料,8.2弹塑性弯曲的基本概念及轧件的反弯矫直,在压力矫直机、辊矫直机及拉伸弯曲矫直机中，轧件经过弹塑性及弯后矫平的。为此，简要介绍弹塑性弯曲的基本概念及轧件的反弯曲矫直原理。,一、轧件的弹塑性弯曲变形 1、弹塑性弯曲变形过程 （1）三种弯曲变形 如下图，在外负荷力矩作用下，轧件产生弯曲，凹面受压应力，凸面受拉应力，表面层应力最大，,11,行业材料,12,行业材料, 纯弹性弯曲：轧件表面层的最大应力小于等于材料的屈服极限，则外力去除后，材料的变形能够全部弹性恢复。 服从虎克
6、定律。,13,行业材料,弹塑性弯曲：表层应力超过材料的屈服极限，产生塑性变形，而中性层的应力仍然小于等于材料的屈服极限。外力去除后，各层的变形可弹性恢复一部分。 纯塑性弯曲（假想的弹塑性弯曲极限状态）：整个材料断面的纵向纤维应力都超过了材料的屈服极限，都处于塑性变形状态。在外力去除后，在弹性内力矩作用下，纵向纤维的变形只能恢复弹性变形部分。,14,行业材料,（2）轧件的弹塑性弯曲 当轧件在矫直弯曲变形时，轧件中同时存在弹性变形和塑性变形，因此为弹塑性弯曲变形。包括弹塑性弯曲变形阶段和除去外负荷后的弹性恢复阶段。,15,行业材料,轧件弯曲过程可以用曲率变化来说明，主要使用以下几个曲率。,2、轧件
7、弹塑性弯曲过程中的曲率变化,（1）原始曲率1/r0：轧件在矫直弯曲前所具有的曲率。r0为轧件原始弯曲半径。曲率的方向用正负号表示。“”表示弯曲凸度向下，“”表示弯曲凸度向上。等于零表示轧件的原始状态是平直的。,16,行业材料,（2）反弯曲率1/ ：在外力矩作用下，轧件强制弯曲后的曲率称为反弯曲率。在压力矫直机和辊式矫直机上，反弯曲率是通过矫直机的压头和辊子的压下来获得的。反弯曲率的选择是决定轧件能否矫直的关键。轧件矫直的实质就是要选择“适量”反弯曲率，以便使轧件在外力矩消除后，经过弹性恢复而变直。反弯曲率的正负号与原始曲率相关，与原始曲率方向相同时符号相反，方向相反时符号相同。,17,行业材料
8、,（3）总变形曲率1/rc：它是轧件弯曲变形的变化量，是原 始曲率与反弯曲率的代数和，即： 1/rc1/r01/ （4）残余曲率1/r：当去除外负荷后，轧件在弹性内力矩的作用下，经过弹复后所具有的曲率称为残余曲率。如果1/r0，则表示轧件已矫直。 （5）弹复曲率1/ ：弹性恢复阶段，轧件弹性恢复的曲率。它等于反弯曲率与残余曲率的代数差，即： 1/ 1/ 1/r（3.2-1）,18,行业材料,根据（3.2-1）式，要使原始曲率为1/r0的轧件得到矫直，即残余曲率1/r=0，则必须选择适当的外力矩，使反弯曲率在数值上等于弹复曲率。 矫直的基本原理：轧件的矫直弯曲变形过程分为弹塑性弯曲变形和弹复变形
9、两个阶段。弹塑性弯曲变形阶段是在弯曲力矩M的作用下，将具有原始曲率1/r0的轧件向反方向弯曲，其反弯曲率为1/ ；当外力矩去除后，进入弹复阶段。此时在轧件的弹性内力矩的作用下，轧件弹性恢复（弹复曲率为1/y)，最终得残余曲率1/r。如果所取的反弯曲率在数值上等于弹复曲率，则弹复后的轧件将得到矫直。,二、轧件矫直基本原理,19,行业材料,三、轧件弯曲时的弯曲力矩,假设：矫直弯曲时，对轧件施加的外力矩等于其内力矩；轧件弯曲前后的横截面仍保持为一平面，并且在横截面内的变形大小与到中性层的距离成正比。 不考虑加工硬化，视金属为理想弹塑性体，在塑性变形区内的应力值为金属屈服强度s 。,20,行业材料,弯
10、曲轧件所需外加力矩为： 式中dF: 微分面积 用s表示z积分整理后： 式中W：弹性变形区的抗弯截面系数 S：塑性变形区的塑性截面系数,21,行业材料,四、弹复曲率,弹复曲率1/y与金属的原始曲率1/r0和反弯曲率1/的关系,式中： E：金属的弹性模数 J：金属的截面惯性矩,22,行业材料,弹复曲率1/y随着弯曲总曲率1/rc的增加而逐渐增大，且弹复曲率的增量随1/rc的增加而逐渐减少。,23,行业材料,8.3辊式矫直机,一、辊式矫直机的矫直原理 1. 小变形量矫直方案 矫直机上排工作辊每个辊子均可单独进行调整，且每个辊子的压下量调整原则为：进入该辊的轧件经过反弯和弹复之后，其最大原始曲率应该完
11、全消除。 每个辊子的压下量恰好能矫直前面相邻辊子处的最大残余曲率，是残余曲率逐渐减少的矫直方案。,24,行业材料,25,行业材料,小变形量矫直方案特点 优点：总变形曲率小，矫直轧件时功率消耗小。 不能完全消除残余曲率。增加辊数可以进一步减小曲率变化范围。,26,行业材料,原理：轧件上不同方向，不同数值的原始曲率，经过同一个反弯曲率的弹塑性反弯后，其残余曲率有趋向一致的特性。正是轧件的这一特性，使得轧件经多次交变的弹塑性弯曲后，其残余曲率逐渐趋向一致，形成单值残余曲率，然后再进一步矫直。 方案：在前几个辊子采用比小变形矫直方案大得多的压下量，使轧件得到足够大的弯曲，迅速缩小残余曲率变化范围，接着
12、后面的辊子采用小变形方案，反弯曲率逐渐减小，使轧件趋于平直。,2. 大变形量矫直方案,27,行业材料,大变形量矫直方案特点 （1）可以用较少的辊子获得较好的矫直质量； （2）由于过分增大轧件的变形程度，使轧件内部的残余应力增加，影响了产品的质量，并增加了矫直的能量消耗。,28,行业材料,板材辊式矫直机 （1）平行辊列矫直机 下排辊子固定不动，上排辊子可以调整,图3.2-17 平行辊列矫直机示意图,二、辊式矫直机的结构,29,行业材料,为了防止矫直辊在矫直过程中产生挠曲变形，在矫直辊上设有支持辊，通常下工作辊和下支持辊固定不动，上工作辊和上支持辊可集体地在高度方向上调节。,图3.2-18 具有支
13、持辊的平行辊列矫直机示意图,30,行业材料,特点： 前后辊都具有相同的反弯曲率，板材从矫直机出来后具有较大的残余曲率。矫直质量不高。 应用： 矫直厚度为440mm 中厚板。 辊数：通常513，其中57个辊子于矫直厚板。,31,行业材料,（2）倾斜辊列矫直机 下排辊子固定不动，上排辊子安装在可调整的上机架内，上排辊子可调整成与下排辊子成一倾斜度。,图3.2-19倾斜辊列矫直机示意图 1工作辊2支持辊,32,行业材料,特点： 矫直辊从入口端到出口端逐渐加大上下辊间的距离，从而使被矫板材在矫直过程中的残余曲率逐渐减小，最后板材得以平整。 符合辊式轿直机的矫直原理，矫直质量较好。 设有送入辊和送出辊，
14、辊数通常为717。 应用： 广泛用于矫直厚度小于4mm的薄板，有时也用矫直中板。,33,行业材料,支持辊是分段式的。矫直时根据板材的浪弯或瓢曲的部位不同，通过调整某列支持辊，使工作辊的相应部位预先产生挠度，有针对性地矫直板材的中部或边部缺陷。,图3.2-20 可调矫直辊挠度的矫直机示意图,（3）可调矫直辊挠度的矫直机,34,行业材料,用途 用来矫直各种断面的工字钢、角钢、槽钢及钢轨等。 矫直辊类型 由辊轴和带孔槽的可拆辊套组合而成。 分类 悬臂式矫直机 闭式矫直机,2.型钢矫直机,35,行业材料,图3.2-23 悬臂式矫直机示意图,特点：操作、调整、维修和更换轴套等较方便，但两支持轴承受力不均
15、。 应用：多用于矫直中小型钢材,36,行业材料,特点：两端轴承受力均匀，机座刚性较好。但操作人员看不到钢材的矫直情况，给调整工作造成困难，并且更换辊套时拆装不便，影响矫直机的效率。 应用：多用于矫直大型钢材,图3.2-24闭式矫直机示意图,37,行业材料,通常在入口和出口处设置一对立辊。其作用是引导钢材正确地进入矫直机并适当矫直钢材的侧弯。 型钢矫直机辊数较少： 大型钢材矫直机：79辊 中小型钢材矫直机：711辊,38,行业材料,上述上下工作辊轴线平行的辊式钢板矫直机和辊式型钢矫直机，在矫直管、棒等圆形断面轧件时存在两个致命的缺点： 第一，只能矫直圆材垂直于辊轴的纵向剖面上的弯曲； 第二，自转
16、现象使轧材产生严重的螺旋形弯曲（俗称麻花弯）。 因此，管棒材等圆形断面轧件一般在上下轴线相交错且辊形为三维双曲面的斜辊矫直机上矫直。,3. 斜辊矫直机,39,行业材料,又称阿氏辊系，用于矫直管、棒材，其长辊为驱动辊、短辊为压弯辊,是阿氏辊系的演化，专用于管材的矫直,40,行业材料,以辊形的凸凹变化实现对短圆材的矫直，还能矫直圆材两端和压光圆材表面,典型的7辊辊系，在生产中大量使用，可以看作是两种原始形态的阿氏辊系（a）与（b）的综合,41,行业材料,辊系中两端辊主要起压扁矫直和圆整作用，中间辊保证较长的塑性弯曲区，可获得良好的表面质量和矫直质量。,辊系可以增大第3对辊处塑性弯曲区的长度，使这种
17、辊系可以真正成为管棒材两用的矫直辊系,42,行业材料,(g) 21-1(9) 辊系 辊系是9辊高速矫直辊系，入口端一对压紧辊保证工件快速咬入压扁矫直。矫直速度可达360m/min。,辊系为7辊式大直径薄壁管矫直辊系，前后各用3个斜辊按相隔120度环抱管材，既可以按三角压扁方式起到矫直和圆整作用，又可以利用中间辊进行三段的连续压弯。,43,行业材料,三、辊式矫直机的参数,1、辊式矫直机的力能参数 （1）矫直辊的压力 各辊的压力分布规律：从第1辊至第3辊压力递增；从第n-2辊至第n辊（最后3辊）压力递减；中间各辊的压力相差不大；第3辊的压力最大。,44,行业材料,（2）辊式矫直机传递的功率 所传递
18、的功率为： 式中 D：矫直辊直径；v：矫直速度； ：传动效率。 M1：使轧件产生塑性变形的矫直力矩；（各力矩的计算可参考教材和设计手册） M2：辊子沿轧件的滚动摩擦力矩； M3：辊子轴承的摩擦力矩。,45,行业材料,8.4 拉伸弯曲矫直机,矫直过程：使处于张力作用下的带材，经过弯曲辊剧烈弯曲时产生弹塑性延伸变形，从而使三元形状缺陷得以消除，随后再经矫平辊将残余曲率矫平。 1. 特点 （1）能消除带材的瓢曲、边缘浪形和镰刀弯等三元形状缺陷，从而提高矫直质量。 （2）退火后的带材经拉伸弯曲矫直后，其机械性能有所改善。 （3）表面质量高。 （4）应用范围广。 （5）在酸洗机组中可作机械破磷装置。当采
19、用0.51.5%的延伸率，可获得良好的除磷效果，降低酸液的消耗，提高酸洗速度。,46,行业材料,2. 矫直原理 矫直时承受一定张力的带材经过弯曲辊的弯曲，在叠加的拉伸和弯曲应力作用下产生弹塑性延伸变形，使原来的短纤维部分得到伸长，因而消除三元形状缺陷 3. 延伸率 带材的延伸率的变化范围一般在0.53%，可按下表选择,47,行业材料,48,行业材料,将来在国产大飞机身上，将有越来越多的“重庆造”。昨日，来自西南铝业的消息，我市唯一一条与国家启动的“大飞机”项目、载人航天探月工程和重点国防项目配套的铝合金厚板生产线投产，年产量5万吨，产品厚度最大可达250毫米。据悉，该产品将主要用于大飞机机翼、
20、大梁、起落架等受力部位。 铝厚板为大飞机配套。目前，世界上只有美国、欧洲四国和俄罗斯有制造大飞机的能力，占领国际市场的主要是波音和空客。铝合金预拉伸厚板是大飞机所需的必备高品质材料。 “由于缺乏大规格关键主机和配套设备，目前我国大部分铝合金预拉伸厚板基本上依赖进口。”西南铝负责人称。据悉，作为中国大飞机项目股东之一，中铝集团将负责为国产大飞机项目提供铝合金和钛合金材料，中铝集团旗下的西南铝业将担负起为大飞机机翼、尾页、壁板、骨架批量制造提供相应材料的重任。为此，四年前，西南铝开建国内首条铝合金厚板生产线，投资超10亿元，专门装备了4300毫米大轧机和12000吨拉伸机等“重量级”的铝加工设备。,49,行业材料,